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仿真分析｜新能源汽車電池包焊點模擬及擠壓分析計算
圖3 電池包受力分析圖
3 焊點模型
首先先導入焊點幾何位置,并在焊點位置建立 ACM 焊點,得到該位置焊點的有限元模型,如圖 4 所示。
圖4 電池包焊點模型
Dcoup3D 單元類型目前只支持應用于 Abaqus/Standard 中,其關(guān)鍵字如下：
*ELEMENT, TYPE=DCOUP3D, ELSET=name
ElementID, NodeID
*DISTRIBUTING COUPLING, ELSET=nameNodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
這種焊點建立方式是在兩層單元中建立一個實體單元,將實體單元中相近的節(jié)點與焊接面上的單元建立 Coupling 連接,并可以設定相應的權(quán)重系數(shù)。值得注意的是 Dcoup3D類型單元并不能被 Abaqus/Explicit 識別,因此采用 C3D8R 單元代替 Dcoup3D 單元,并建立焊點單元與焊接面之間的 Tie 連接。這種連接方式相比于剛性連接和共節(jié)點的連接方式,不會增加局部的剛度,精度更高,更加逼近于焊接的真實情況。
4 計算結(jié)果及分析
根據(jù) GT/B 對電池包抗擠壓性能的評價體系,本文對電池包擠壓分析結(jié)果進行了分析,通過對電池包在擠壓過程中的變形(Displacement)、等效應力(von Mises Stress)、結(jié)構(gòu)整體剛度(ReactionForce-Displacement Curve)等幾項指標進行了分析。
在擠壓過程中,電池包殼體的變形形式?jīng)Q定了能否提供足夠的剛度來保護內(nèi)部電池元件之間不會發(fā)生相互干涉,同時也確保電池不會受到擠壓而發(fā)生電池液泄露等安全事故,因此電池包的變形及位移是作為評價電池包抗擠壓性能的重要指標之一。圖 5 位 X 方向擠壓過程中電池包不同時刻的位移云圖。
圖5 電池包X方向不同時刻位移云圖
等效應力通常是作為判斷材料是否進入塑性的關(guān)鍵參數(shù),尤其是作為判斷關(guān)鍵區(qū)域材料是否滿足強度要求的主要參考值,因此等效應力也是作為電池包抗擠壓性能的重要指標之一。圖 6 為 X 方向擠壓過程中不同時刻的 von Mises 應力云圖。由于在擠壓過程中涉及到比較大的變形和力,大部分材料會進入塑性區(qū)域,電池包應力比較大的區(qū)域主要集中在受擠壓區(qū)域以及各個部位倒角處,以及焊接連接處。
圖6 電池包 X 方向擠壓不同時刻應力云圖
5 結(jié)語
采用實體單元模擬汽車零部件之間的焊接點有比較高的精度,且符合實際焊接情況。通過 Abaqus/Explicit 擠壓分析計算,得到了新能源汽車電池包的抗擠壓性能參數(shù),保證了電池包在車輛運行過程中的安全性。合理的、流程化的 CAE 分析計算過程,能夠有效的縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本,為產(chǎn)品的設計和優(yōu)化提供相應依據(jù)。
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