本文摘要(由AI生成):
本文详细阐述了使用Abaqus FEA对含有流体的聚乙烯燃料箱进行跌落仿真的过程。通过创建几何体、添加材料属性、创建显式分析步、划分网格、定义相互作用、施加载荷和固定以及创建并提交作业等步骤,预测了燃料箱在跌落过程中可能导致材料性能失效引发泄漏的情况。整个仿真过程考虑了箱体在撞击时的外力和水内力,最终通过输出结果分析了箱体的应力和应变,以确定其结构可行性。
本文展示了如何使用Abaqus FEA对含有流体的100升聚乙烯燃料箱进行跌落仿真,预测可能导致材料性能失效引发泄漏。下图所示的水箱由高密度聚乙烯树脂制成,壁厚为5毫米。带有90%流体的塑料罐,从大约15米的高度落到平坦的刚性地板,真实的模拟箱体必须考虑地面撞击时,箱体的外力以及推向箱体壁面的水内力,箱体的应力和应变将用于确定其结构可行性。
1.创建几何体
在三维几何软件中建立上图所示的100升水箱几何,并抽取中面。为了防止油箱晃动,在底部设有开口,因此流体可以从一个腔室流到另一个腔室。创建装配并导入箱体部件,将水箱在地板上角落定位,而不是完全平放。
之后,在该装配中创建代表地面的新零件,并基于此用平行于地面的水平线创建水域,由于水箱倾斜,水域显然也处于一定角度。同时,还创建一盒形的欧拉域,这个欧拉域应该足够大以捕捉必要的细节。
在Abaqus中,通过鼠标右键单击零件并选择à编辑零件来定义欧拉零件,选择3D:Eulerian定义欧拉域。
为流体、箱体和地面创建截面属性,并赋予相对于的Part。
注意:选择欧拉盒子表征流体域,建模的实际水将在后面定义,对于内部水,不会创建或应用截面属性。2.添加材料属性
该箱体由高密度聚乙烯构成,遵循各向同性塑料硬化模型,水被视为不可压缩的流体。
损伤采用延性损伤定义,高密度聚乙烯的密度为8.76×10-7kg/ mm3,杨氏模量为903.114N/ mm2,泊松比为0.39。水的密度为9.96×10-7kg/ mm3,体积模量为2.094GPa。
3.创建显式分析步
4.零件网格划分
采用10 mm的尺寸对所有部件进行网格划分,其中S4R单元用于箱体,SFM3D4R单元用于地面,EC3D8R单元用于Eulerian域。
5.相互作用
对于相互作用,使用Abaqus默认的通用接触设置。为了定义欧拉域内水的位置,使用VolumeFraction工具。
首先选择欧拉域,然后选择参考零件,参考零件是建模的水域形状。VolumeFraction Tool用于创建离散场。注意,每次重新划分零件,都需要使用VolumeFraction Tool重新生成离散场。
6.载荷和固定
在Eulerian域的Y方向上施加了-9800 mm/s^2的重力载荷,并且对油箱施加单独的重力载荷-9800 mm/s^2。对于地面,固定约束其所有位移和旋转。将部件放置在撞击前的位置上,并将初始速度设定与撞击速度相等。该分析的下落高度为15米,通过下式计算撞击时的初始速度。即初始速度Velocity= 17,155 mm / s。欧拉域和箱体的初始速度(以mm / s为单位)创建为预定义场。
在此之后,还需要创建最后一个预定义场,基于VolumeFraction Tool生成的离散场,使用Other>Material赋值。
7.创建并提交作业
不要忘记在Step模块创建一个新的FieldOutput Variable,要求输出单元中的EVF,Void /Material体积分数(仅限欧拉)。采用4CPU运行此分析大约需要3小时,均匀间隔100帧的场输出。8.最终结果