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基于PSD振动疲劳分析某车型电池包结构优化设计

2021-03-03 11:13:37·  来源：Battery Insight view  作者：battery 风清扬  
　
点击蓝字丨关注我们 本文采用基于PSD振动疲劳分析理论，对某一车型电池包进行疲劳强度分析，得出影响其强度的主要因素，并对此采取相应措施，进行结构优化设计，在一定程度上提高电池包的使用寿命。 1模型描述 本次分析采用Abaqus线性求解器，ncode疲劳分析软
本文采用基于PSD振动疲劳分析理论，对某一车型电池包进行疲劳强度分析，得出影响其强度的主要因素，并对此采取相应措施，进行结构优化设计，在一定程度上提高电池包的使用寿命。 

1模型描述

本次分析采用Abaqus线性求解器，ncode疲劳分析软件。分析模型为电池包各组件，模型用8×8壳网格划分，材料均为线性材料，电池包总重为260.3kg。

2分析工况

频率响应分析如下。
（1）约束模态分析（STEP1）：约束电池包安装点共有6个自由度,计算在约束状态下电池包在0~500Hz的频率。
（2）频率响应分析（STEP2）：在STEP1的基础上分别对整体电池包施加X、Y、Z方向上的单位加速度载荷（1mm/s2）。

振动疲劳分析：本次分析先对电池包分别进行X、Y、Z方向上的频率响应分析，得出电池包的响应函数，然后在ncode里面以频率响应分析结果为基础，加上PSD、材料SN曲线进行疲劳分析，算出各个方向下的疲劳结果，然后对各个方向下的疲劳结果进行叠加，合成结果保存成fer格式，在ncode里面studio模板下进行观看。
分析标准：本次分析振动疲劳采用美国标准（SAEJ2380-2009）。

3分析数据结果

Z方向单位频率响应力云图如图1、图2所示。电池包总的疲劳损伤云图如图3至图4所示。

4结论及措施

通过模型实验分析结果，可以得到如下结论。
（1）频率响应在35.79Hz时，上壳体应力最大值为0.146MPa，位于拐角处，可能出现断裂情况。
（2）频率响应在27.47Hz时，应力集中出现在拐角处和过渡区域，可能出现断裂情况。
（3）电池包在垂向振动时疲劳强度破坏较大，有些区域甚至超过了材料的抗拉极限。疲劳破坏主要集中在电池安装支架上。这是由于电池包下壳体缺少横梁加强板所导致。
对此，可以采取如下措施来对结构进行优化[3]，从而达到减小应力集中、增加强度和刚度的效果。
对于频域响应分析结果如下。
在拐角处上壳体上面增加一厚度为1mm的加强板。
（1）将过渡区域磨平。
（2）在底盘可以做一个搭接梁，提高强度。对于振动疲劳分析结果如下。
可以采取在下壳体上增加横梁结构、改进电池包安装点以增加其强度和刚度。

5结语

综上所述，电池包的结构设计会很大程度上影响其强度、刚度，从而影响动力汽车电池包的使用寿命。本文从频域分析和振动疲劳分析两方面展开讨论，得出影响电池包结构强度的因素并提出相应解决措施，以便于更好地对电池包结构进行优化设计。

文章来源：1.杭州易辰孚特汽车零部件有限公司浙江杭州；2.河南林业职业学院河南洛阳
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