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基于PSD振動(dòng)疲勞分析某車(chē)型電池包結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2021-03-03 11:13:37·  來(lái)源：Battery Insight view  作者：battery 風(fēng)清揚(yáng)  
　
點(diǎn)擊藍(lán)字丨關(guān)注我們 本文采用基于PSD振動(dòng)疲勞分析理論，對(duì)某一車(chē)型電池包進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析，得出影響其強(qiáng)度的主要因素，并對(duì)此采取相應(yīng)措施，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在一定程度上提高電池包的使用壽命。 1模型描述 本次分析采用Abaqus線性求解器，ncode疲勞分析軟
本文采用基于PSD振動(dòng)疲勞分析理論，對(duì)某一車(chē)型電池包進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析，得出影響其強(qiáng)度的主要因素，并對(duì)此采取相應(yīng)措施，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在一定程度上提高電池包的使用壽命。 

1模型描述

本次分析采用Abaqus線性求解器，ncode疲勞分析軟件。分析模型為電池包各組件，模型用8×8殼網(wǎng)格劃分，材料均為線性材料，電池包總重為260.3kg。

2分析工況

頻率響應(yīng)分析如下。
（1）約束模態(tài)分析（STEP1）：約束電池包安裝點(diǎn)共有6個(gè)自由度,計(jì)算在約束狀態(tài)下電池包在0~500Hz的頻率。
（2）頻率響應(yīng)分析（STEP2）：在STEP1的基礎(chǔ)上分別對(duì)整體電池包施加X(jué)、Y、Z方向上的單位加速度載荷（1mm/s2）。

振動(dòng)疲勞分析：本次分析先對(duì)電池包分別進(jìn)行X、Y、Z方向上的頻率響應(yīng)分析，得出電池包的響應(yīng)函數(shù)，然后在ncode里面以頻率響應(yīng)分析結(jié)果為基礎(chǔ)，加上PSD、材料SN曲線進(jìn)行疲勞分析，算出各個(gè)方向下的疲勞結(jié)果，然后對(duì)各個(gè)方向下的疲勞結(jié)果進(jìn)行疊加，合成結(jié)果保存成fer格式，在ncode里面studio模板下進(jìn)行觀看。
分析標(biāo)準(zhǔn)：本次分析振動(dòng)疲勞采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（SAEJ2380-2009）。

3分析數(shù)據(jù)結(jié)果

Z方向單位頻率響應(yīng)力云圖如圖1、圖2所示。電池包總的疲勞損傷云圖如圖3至圖4所示。

4結(jié)論及措施

通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，可以得到如下結(jié)論。
（1）頻率響應(yīng)在35.79Hz時(shí)，上殼體應(yīng)力最大值為0.146MPa，位于拐角處，可能出現(xiàn)斷裂情況。
（2）頻率響應(yīng)在27.47Hz時(shí)，應(yīng)力集中出現(xiàn)在拐角處和過(guò)渡區(qū)域，可能出現(xiàn)斷裂情況。
（3）電池包在垂向振動(dòng)時(shí)疲勞強(qiáng)度破壞較大，有些區(qū)域甚至超過(guò)了材料的抗拉極限。疲勞破壞主要集中在電池安裝支架上。這是由于電池包下殼體缺少橫梁加強(qiáng)板所導(dǎo)致。
對(duì)此，可以采取如下措施來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[3]，從而達(dá)到減小應(yīng)力集中、增加強(qiáng)度和剛度的效果。
對(duì)于頻域響應(yīng)分析結(jié)果如下。
在拐角處上殼體上面增加一厚度為1mm的加強(qiáng)板。
（1）將過(guò)渡區(qū)域磨平。
（2）在底盤(pán)可以做一個(gè)搭接梁，提高強(qiáng)度。對(duì)于振動(dòng)疲勞分析結(jié)果如下。
可以采取在下殼體上增加橫梁結(jié)構(gòu)、改進(jìn)電池包安裝點(diǎn)以增加其強(qiáng)度和剛度。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)很大程度上影響其強(qiáng)度、剛度，從而影響動(dòng)力汽車(chē)電池包的使用壽命。本文從頻域分析和振動(dòng)疲勞分析兩方面展開(kāi)討論，得出影響電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素并提出相應(yīng)解決措施，以便于更好地對(duì)電池包結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

文章來(lái)源：1.杭州易辰孚特汽車(chē)零部件有限公司浙江杭州；2.河南林業(yè)職業(yè)學(xué)院河南洛陽(yáng)
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