燃油箱SPH粒子模擬方法在碰撞中的研究
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圖4 燃油箱內(nèi)加入SPH粒子圖5 SPH粒子顯示的特征
對于SPH粒子，在整車碰撞中的應(yīng)用還很少。雖然SPH粒子的理論知識比較復(fù)雜，但采用RADIOSS求解器，用有限元專業(yè)語言的表法方法卻是非常簡單。每個SPH粒子都是屬于一種SPHCEL類型的一維單元，由單元的節(jié)點(diǎn)號組成。SPH粒子的屬性類型為專屬的SPH類型，其中包括Mp(粒子的質(zhì)量)，Qa和Qb(非線性、線性體積粘度系數(shù))，h(光順距離)等主要的關(guān)鍵參數(shù)。SPH粒子的材料類型為HYD_VISC，其中包括密度、粘性系數(shù)等，為一種流體力學(xué)中使用的粘性流體材料[1]。
3. 燃油箱內(nèi)SPH粒子表達(dá)形式
文獻(xiàn)研究表明燃油箱內(nèi)油液占容積的三分之二左右時，油液晃動最為劇烈[2]，本文子模型中加入了約油箱體積70%的SPH粒子，用于評估碰撞時的傷害情況，如圖4所示。
3 子模型仿真結(jié)果
3.1 SPH粒子在燃油箱內(nèi)的運(yùn)動形式
通過對子系統(tǒng)邊界條件的加載，采用RADIOSS顯式求解器對其進(jìn)行求解計(jì)算，最終得出子系統(tǒng)燃油箱內(nèi)SPH粒子的運(yùn)動情況。圖6表示的是不同運(yùn)動時刻模型內(nèi)部液體的運(yùn)動情況，主要包括初始時刻、25ms、40ms、60ms、70ms、90ms等時刻。通過在整個過程中對油液運(yùn)動的分解，從截面圖中可以清楚的看到燃油箱內(nèi)部油液的運(yùn)動方式。
圖6 子模型中油液在燃油箱內(nèi)部的運(yùn)動過程分解
作者又比較了對燃油箱采用等效配重和SPH粒子兩種不同的加載方式，而得到的計(jì)算結(jié)果。圖7為不同工況下燃油箱表面應(yīng)力分布云圖。
(a) 等效配重 (b) 添加SPH粒子
圖7 燃油箱應(yīng)力云圖比較
4 整車后碰模型仿真結(jié)果
將帶有SPH粒子的燃油箱放于整車50km/h的后碰模型中，經(jīng)過仿真分析計(jì)算，將整車后碰時油液運(yùn)動（圖8）與子模型中油液運(yùn)動（圖6）進(jìn)行比較，可以看到燃油箱內(nèi)部油液在整個過程中的運(yùn)動模式與子模型中的運(yùn)動模式非常接近。此時，燃油箱的應(yīng)力應(yīng)變變化，不僅包含了整車碰撞中結(jié)構(gòu)變形對燃油箱的影響，而且也包含了燃油箱內(nèi)部油液運(yùn)動對燃油箱的影響因素。
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