- 甉|包结构分?/font>
1. 甉|包结构有限元模型
甉|包是一U箱体结构,由高强度钢板焊接而成。因此采用板壛_元模拟电(sh)池包l构。ؓ了减模型前处理工作量,q不影响M计算_ֺ的前提下Q在建立甉|包有限元模型Ӟ做出了以下的化工作:忽略一些尺寸较?yu)的倒角、圆角、工艺孔{结构?/font>
2. 边界条gU束
边界条gU束是结构有限元分析中的一个重要部分。约束的正确性决定着计算分析l果的准性。由于电(sh)池包通过7个螺栓与车nq接Q因此对q接的部分施加固定约束?/font>
3. 材料属?/font>
甉|底杉K承受较大的蝲P因此选用DC01型号的高强度冯钢板。材料参数见??/font>
?/font>1 材料参数
材料
|
屈服强度Q?/font>MPaQ?/font>
|
抗拉强度Q?/font>MPaQ?/font>
|
密度Q?/font>g/cm3Q?/font>
|
泊松?/font>
0.30
|
Ҏ(gu)模?/font>
|
DC01
|
210
|
270
|
7.85
|
0.30
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2.07e5
|
4. 计算工况
׃此款甉|包应用于微型U电(sh)动汽车,其主要在城市路面上行Ӟ因此对其在行驶过E中可能遇到的五U工况进行分析。即弯曲、制动、{弯、垂直极限和扭{五种工况?/font>
4.1 弯曲工况分析
甉|包满载静止工况主要是用来模拟?sh)动汽R静止或者在路况较好的\面上行驶时的l构应力分布及变形情c在q种工况下,甉|包主要受到的载荷是包括电(sh)池包中的甉|模块、控制模块以及连接部件等质量在重力加速度作用下所产生的重力?/font>
Q?Q?nbsp;对结构施加的载荷
׃甉|包结构通过七个螺栓与Rw相q接Q所以电(sh)池包l构只需要承载电(sh)池包自n的重力即可而无需考虑到整车上的乘员以及货物的质量。该甉|包的整备质量?/font>140kgQ取重力加速度g=9.8N/m2。因此要对结构施加的载荷为F=mg=140*9.8=1372N。在有限元模型中Q将载荷施加在结构的重心上?/span>
Q?Q?nbsp;分析l果
l过ANSYS软g分析计算之后Q得C甉|包结构的应力与应变云图,如图1Q图2?/span>

?/font>1 甉|包满载弯曲工况应力云?/font>
从图中的数据可以看出Q结构中应力最大处的应力ؓ85.775MPa,出现在吊耛_底部支撑加强{的边缘Q这主要是因为电(sh)池包寸较大Q加强筋的跨度比较大加之处在甉|包的两端Q因此应力会比较集中。但是最大应?5.775MPa仍远于材料的屈服极? 因此l构是安全的?/span>

?/font>2 甉|包满载弯曲工况应变云?/span>
从应变云图中Q可以看出最大变形量?/font>0.78823mm,出现在承重底板的中心处。这L变Ş量虽然不是很大,不媄响结构的使用功能Q但是还有较大的优化I间?/span>
4.2 制动工况分析
甉|包高速制动工况将模拟车辆在行驶过E中紧急制动时的蝲hcR辆在制动Ӟ甉|包除了承受自w的重力外,q将受到U向制动加速度引v的惯性力作用。而惯性力的大则主要取决于制动加速度的大以及电(sh)池包的重量这两个参数?/font>
Q?Q?nbsp; 对结构施加的载荷
车辆的最大制动加速度可近似由如下关系式求得,?/font>a=v2/2sQvR辆的行驶速度Qs为将制动t板处于最大行E所得制动距R测得最大制动加速度?.8g=7.84m/s2。对甉|包的重心施加载荷Q蝲荷分Z部分Q其一是电(sh)池包本n的重力F1=mg=140*9.8=1372NQ其二则是作用在甉|包上的惯性力F2=ma=140*0.8*9.8=1097.6N?/span>
Q?Q?nbsp; 分析l果
l过分析Q得到R辆在满蝲旉速制动工况下应力、应变分布云图?/font>

?/font>3 甉|包满载制动工况应力云?/font>

?/font>4 甉|包满载制动工况应?/font>云图
从图中可以看出电(sh)池包的最大应变gؓ0.78897mmQ最大变形的位置仍然在底板的中心位置Q最大应力gؓ84.165MPa,主要集中与底部支撑加强筋的边~与x方向的两个吊耳上。ؓ了得出吊耛_体的受力应变应力情况Q我们将对吊而行局部的有限元分析,对其q行单独的模型徏立,q且划分|格Q将吊x受到的蝲L立地施加在吊耳上Q以此来分析吊耳的受力情况。对吊耳的上侧方Ş凸台面上受力的圆环面施加-Z方向Q大ؓF=20*9.8=196N的力Q同时在受制动惯性力的圆柱面上施?X方向Q大ؓ156.8N的力?/span>
׃吊耳通过点焊方式与电(sh)池包Ml构q接Q所以对8个焊点连接处讄固定U束?/span>

?/font>5 吊耳网?/font>

?/font>6 制动工况下吊耛_力云?/span>
由应力云囑֏以看出,吊x大应力ؓ23.036MPa,应力比较集中的地方在吊耳下方的焊点处和上方方Ş凸台的外侧边~,因ؓ外缘的材料较?yu)所以应力会比较集中Q但q是q远于材料的屈服极限的Q因此结构是安全的?/span>
4.3 转弯工况分析
车辆在高速{弯时QRw因d力作用而生侧向蝲P׃动力甉|包是与Rw连接在一LQ所以在车辆高速{弯时Q电(sh)池包也将承受一定的侧向载荷。离心加速度的大由转弯半径与行驶R速的高低军_。在此工况下甉|包需要承受的是自w的重力与离心力载荷?/font>
Q?Q?span style="font-size:16px;"> 对结构施加的载荷
对于高速{弯工况,在电(sh)池包上附?/font>0.5g的侧向加速度来模拟{弯工况下甉|包结构所受的载荷。所以要施加的蝲荷ؓ两部分,其一是电(sh)池包的自重F1=140*9.8=1372NQ其二是指向一侧的d力,不妨取离心力方向是向左的Q即F2=140*0.5*9.8=686N?/span>
Q?Q?nbsp;分析l果

?/font>7 转弯工况应变云图
׃囑֏以看出,应变较大的地方在支承甉|l的地板中心处,应变最大gؓ0.79192mm。因此在之后的结构改q工作中要对此进行优化?/font>

?/font>8 吊耛_力云?/font>
׃d力蝲h加的是向左,所以位于电(sh)池包左右两侧的吊x受的拉压应力会略偏大。但是其最大应力值的?5.768Mpa,q是于材料的屈服极限的?/font>
4.4 垂直极限工况分析
垂直极限工况是指车辆行驶在凹怸q\面上Ӟ发生垂直方向的颠总而生垂直方向的载荷Q引L构发生变形的工况?/font>
Q?Q?nbsp;对结构施加的载荷
在此工况下会发生的极限情况,是车辆垂直方向载荷的变化,此工况下可以辑ֈ的最大垂向加速度?gQ再加上甉|包本w的重力加速度Q因此要施加的蝲荷力F=2mg=2*140*9.8=2744N?/font>
Q?Q?nbsp;分析l果

?/font>9 垂直极限工况l构应变云图

?/font>10 垂直极限工况l构应力云图
׃囑֏以看出,?g垂向载荷作用下电(sh)池包底部的变形是相当明显的,最大应变DC1.5765mmQ最大应力DC171.55MPa。因此加强支承底板中心处的强度是非常必要的?/font>
4.5 扭{工况分析
当电(sh)动汽车行驶在凹凸不^的\面上Ӟ会发生某个R轮被抬高而另一个R轮?zhn)I的情况。此Ӟ׃车辆的左右两侧受力不对称Q电(sh)池包会生就比较剧烈的扭转,如果l构不能保证_大的扭{刚度Q那么电(sh)池包l构׃发生严重的变形,从而导致电(sh)池包内部的电(sh)池受到挤压,最l会发生甉|l错位、电(sh)池溶液泄霌Ӏ短路等危险现象?/font>
Q?Q?nbsp;对结构施加的U束与蝲?/font>
当电(sh)池包的两侧受C对称的蝲hQ就会由于有扭矩的作用而得电(sh)池包产生扭{变ŞQ在此工况下Q设|两边的受力差gؓ1500NQ即在电(sh)池包的一侧施加大ؓ1500N的力Q另一侧进行固定,Ҏ(gu)两个吊耳的一侧施加固定约束,有三个吊耳的一侧的限制X、Y方向的自由度Q最后分析受力一侧的挠度Q从而可以求得电(sh)池包的扭转刚度?/font>
Q?Q?nbsp;分析l果

?/font>11 扭{工况应变云图

?/font>12 宽ؓ93mm吊x转工况应力云?/font>
由图中可以看出,扭{工况下的最大应变出现在受力一侧最大应变gؓ0.36355mmQ在1500N的集中力作用下,q样的变形量q不以使得甉|发生错位Q因此,甉|包结构具有够的扭{刚度。而此时最大应力gؓ190.95MPaQ主要集中于甉|包的宽ؓ93mm的吊耳上?/font>
5. 甉|包结构优化设?/font>
5.1 l构存在问题lD
l合前述对电(sh)池包l构的静力学分析Q我们可以发?个共性的问题?/font>
Q?Q?nbsp;在四U工况下Q电(sh)池包底部支承板加强筋的边~应力都比较集中?/font>
Q?Q?nbsp;甉|包底部支承板的中心变形较大?/font>
5.2 改进Ҏ(gu)
Q?Q?nbsp;针对上述W一个问题,主要原因是电(sh)池包的横向尺寸比较大Q达?000mmQ因此底部支承板加强{的跨度比较大,加之其中部所受蝲h较大Q导致中部变形量也较大,所以其边缘处的受力情况比较复杂Q因此应力会比较集中。所以考虑底部支承板加强{改成与原来垂直的方向,q从原来?条加强筋增加?条?/font>
Q?Q?nbsp;针对W二个问题,主要是因为加强筋之间的间距较大,对底板中部的支撑作用较小Q所以在上述基础上,一根加强筋的位|放在底板的中心部位Q这样就可以有效地增加对底板的支承,从而减底板的变Ş量?/font>
对电(sh)池包的结构进行改造,其三l模型如下图所C,中间的加强筋l过甉|包的中心点,两侧的加强筋距离中间的加强筋?/font>218mm?/font>

?/font>13 改进前后甉|包模型示意图
5.3 优化模型验证
新模型导入ANSYS软gQ分别对其施加上文所q的5U不同工况下的蝲P分析其应力与应变情况。得出改q前后结构的最大应力、应变值的变化情况Qؓ了更加鲜明地q行Ҏ(gu)Q将l果制成如下条Ş图?/span>

?/font>14 改进前后甉|包模型各工况下应力情况对比条形图

?/font>15 改进前后甉|包模型各工况下应变情况对比条形图
由对比图中可以清晰地看出Q改q前后电(sh)池包l构的性能发生了较大的变化Q在各工况下Q改q后l构的应力最大值均有较大幅度的减小Q应变值除了扭转工况下有很的增加Q其他工况下的减量均达C58%左右Q可见改善的效果是相当明昄。同Ӟ值得注意的是Q所使用加强{的总长度由2000mm减少?836mmQ在截面形状不变的情况下Q材料的使用减少?64mmQ减M整个甉|包的重量Q在性能提高的基上实C轻量化?/span>