汽车油箱是车辆唯一储油处，肩负着重要功能与安全责任，因此必须牢固、密封、抗冲击。跌落实验是检验油箱产品是否达标的重要环节，符合相关国家规范以及各大汽车制造商的跌落实验要求。

使用先进的CAE技术，在燃油箱设计阶段进行跌落模拟，预测可能破坏的区域和结构，为结构优化及后续工艺调试提供指导，以最大程度地确保燃油箱通过跌落实验，显得尤为重要且具有实际意义。

相较于一般跌落模拟，燃油箱跌落模拟的独特之处在于其内部密封的液体和气体，导致跌落过程中存在复杂的气、液、固三相耦合作用。因此，准确模拟气、液、固三相耦合作用是整个模拟的核心。虽然使用CFD与FEA结合的方法能够很好地解决上述三相耦合，但需要大量计算机资源和复杂的实际操作。

在跌落过程中，我们只对燃油箱本体的运动感兴趣，因此无需精确考虑内部气体和液体的动态。只需考虑气体和液体对油箱内壁的压力。Abaqus软件的状态方程方法可以方便地实现这一目标。同时，Abaqus强大的非线性求解能力能够精确求解跌落过程中各种复杂的接触问题。

分别使用壳单元、实体单元、刚性单元建立燃油箱模型、气体模型、液体模型、刚性地面模型，并将它们根据实验实际情况进行装配，如图 2～6。

图 1 燃油箱模型

图 2 气体模型

图 3 液体模型

图 4 刚性地面模型

图 6 装配模型

用状态方程方法构建气体和液体模型，设置燃油箱和刚性面等同一般跌落模拟，边界条件、荷载工况和接触关系亦照此，详情略。

图 7、图 8 分别表示燃油箱反弹刚刚离开地面时的 Mises 应力分布图、等效塑性应变分布图，图 9 则燃油箱跌落实验中实际破坏图。

图 7 Mises 应力分布图

图 8 等效塑性应变分布图

图 9 跌落实验实际破坏图

如图所示，燃油箱在刚刚离地时，最大Mises应力和最大等效塑性应变出现的区域，与实际跌落实验中燃油箱的破坏区域完全一致。

本文研究了液体密封燃油箱跌落模拟问题，采用了状态方程方法来近似模拟内部气体与液体。通过对典型燃油箱进行模拟，并将结果与实际跌落实验对比，证明了该方法的精确度。此外，该方法对计算机资源需求较低，操作方便，相较于传统的CFD+FEM模拟方法更具实用性和经济性。