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某新能源车电池包有限元分析与优化

刘家员  
【摘要】:动力电池作为新能源车动力系统的重要组成部分,其可靠性影响新能源车的性能指标。电池包作为电池的支撑载体,起到保护电池组正常工作的作用,其结构安全性不容忽视。本文利用有限元的方法分析电池包安全性,并且在满足法规要求下做轻量化分析。首先,查阅了相关的资料,了解国内外的研究现状。分析了电池包有限元的理论基础和计算步骤,研究了电池包有限元分析和结构优化的进展并得出有限元分析流程。其次,对电池包的实车设计要点进行分析,根据实际需要确定电池包的实际尺寸及材料等物理参数,并通过CATIA三维软件建模。几何模型完成后,在有限元软件中建立有限元模型。再次,基于冲击和模态分析理论,从结构上对电池包做碰撞、挤压、跌落、冲击和振动五工况分析,判断电池包设计是否存在缺陷。将非线性加速度曲线作为前四个工况的输入条件,边界条件根据电池包的物理性质加载。振动工况按照模态分析理论,运用Lanczos-QR阻尼法完成模态、随机振动和动刚度工况分析。根据最新的法规和企业内部标准,运用Hyperworks系列软件完成多工况有限元分析,并在其子模块中完成各工况加载和后处理,输出时域下的加速度曲线、冲击力曲线、应力云图,对电池包从静态和动态进行评估;通过振动工况分析得到前八阶模态频率和振型,探索了电池包在电动机和路面等外界激振下是否产生共振,随机振动分析进一步对频域下的响应进行评估,保证电池包结构设计合理性。最后,对电池包进行拓扑优化和自由尺寸多目标联合仿真优化,在保证电池包满足法规要求的力学性能前提下寻求材料的最优化和最少分布,为保证有限元分析的正确性和可靠性进行实验验证。综上所述,用以上方法实现了电池包的安全设计分析,完成了满足要求的轻量化设计。


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