电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化研究
发布时间：2021-08-03 09:51
目前以电动汽车为代表的新能源汽车发展迅速,而动力电池箱作为电池系统的主要承载装置,对电动汽车的动力性和安全性具有重要意义。本文针对某电动汽车动力电池箱,通过静态和模态分析、安全性仿真分析、结构优化设计和疲劳寿命分析,提出一套动力电池箱轻量化设计方案。主要研究工作如下:（1）根据设计需求进行性能指标分析,建立动力电池箱的三维模型,创建有限元模型。基于有限元法的基本思想,进行颠簸路面左转弯、颠簸路面右转弯、颠簸路面前进制动、颠簸路面倒车制动四种典型工况下的静态分析,分析结果可知,动力电池箱强度安全状况良好,说明顶盖和下箱体底部设计留有较多余量。通过模态分析,提取动力电池箱的前六阶模态,发现第一阶模态固有频率为28.54Hz,在电动汽车激振频率范围中,说明下箱体侧围有发生共振的风险,刚度不足。为下文对动力电池箱各部件选择不同的优化方法提供参考。（2）结合相关国家标准对动力电池箱进行安全性仿真分析,分别进行X、Y、Z方向上的随机振动仿真分析和X、Y方向的挤压仿真分析。通过仿真可知,动力电池箱符合国标规定的安全性要求。为下文对动力电池箱优化设计进一步提供依据。（3）根据静态及模态有限元分析的结果...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013年~2019年新能源汽车销量
青岛大学硕士学位论文6第二章动力电池箱静态及模态有限元分析应用有限元软件分析产品结构性能，静态及模态分析是评价产品结构静动态性能的基本方法。本章针对某型动力电池箱，通过HyperMesh软件的Optistruct模块，进行静态分析和模态分析，快速判断动力电池箱的刚度和强度是否符合标准，为下文进行优化设计做好准备。2.1动力电池箱有限元模型的建立2.1.1有限元法的基本理论有限元法是在结构离散化的情况下，得到有限个单元的集合体，当对单元结构进行施加载荷等一系列前处理操作，通过计算分析，得到单元节点的位移，进而得到整个连续体模型的位移和应力分析结果[24]。有限元法主要应用过程：首先通过结构的离散，赋予结构材料和属性，根据要求施加载荷，建立结构的有限元模型。然后进行有限元分析的求解计算。最后是后处理阶段，查看分析结果，如应力云图和位移云图[25]。分析过程如图2.1所示。图2.1有限元分析过程
青岛大学硕士学位论文8的几何模型，该结构主要由顶盖，下箱体和托架等部件组成。顶盖由于不是电池系统的主要承载部件，主要起到密封作用[32]，因此顶盖和下箱体需要布置较多螺栓来达到良好的密封性能，同时还要合理分布顶盖螺栓孔的位置。图2.2为顶盖三维模型。图2.2顶盖三维模型下箱体作为电池系统的主要承载装置，箱体结构采用钣金件拼焊加工而成，其自身应具有较高的抗冲击能力和抗疲劳能力。托架是将箱体固定在车架上的重要部件，在下箱体两侧设计两个托架，通过焊接与下箱体连接，结构要有足够大的强度，同时还需设置合理的固定措施，使得每个固定螺栓受力不会出现集中现象，本模型设置了8个螺栓固定点，每个螺栓孔直径为15mm。图2.3为下箱体和托架三维模型。图2.3箱体与托架三维模型经过以上初步设计，得到动力电池箱三维模型视图如图2.4所示。图2.4动力电池箱三维模型视图
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车动力电池包结构轻量化设计[J]. 王品健,谢晖,王杭燕. 汽车技术. 2019(12)
[2]公路路面不平整度对汽车振动的影响分析[J]. 张建莉,陈榕峰,姚岢. 公路交通科技. 2019(11)
[3]电动汽车轻量化发展状况与前景分析[J]. 吴宪华. 决策探索(中). 2019(09)
[4]农用拖拉机变速器箱体的结构优化[J]. 张廷浩,王昱,郑锐禹,邓若玲,陆华忠,史栋梁. 农机化研究. 2020(06)
[5]基于折衷规划的客车电池箱结构多工况拓扑优化[J]. 关俊山,杨大鹏,张艳兵,王进军. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2019(02)
[6]某型机载模块的随机振动疲劳分析[J]. 关迪,范学领,肖滨,刘杰. 机械强度. 2019(01)
[7]城市汽车尾气排放污染及其防治对策分析[J]. 杨平龙. 内燃机与配件. 2018(12)
[8]基于nCodeDesignlife的电池箱疲劳寿命研究[J]. 冷晓伟,戴作强,郑莉莉,赵清海,任可美. 客车技术与研究. 2018(03)
[9]基于Optistruct的动力电池包振动分析[J]. 刘家员,王可洲,周伟. 山东交通学院学报. 2018(01)
[10]随机振动与冲击条件下电动车电池包结构响应分析[J]. 黄培鑫,兰凤崇,陈吉清. 汽车工程. 2017(09)
博士论文
[1]基于真实路谱重现的虚拟台架及汽车疲劳寿命预测研究[D]. 周泽.湖南大学 2013
硕士论文
[1]氢燃料电池客车车架有限元分析及结构优化[D]. 黄妮.青岛大学 2019
[2]重载AGV轻量化设计研究[D]. 李楠楠.郑州大学 2019
[3]电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化[D]. 冷晓伟.青岛大学 2018
[4]随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究[D]. 张醒.西南交通大学 2018
[5]某纯电动载货汽车集成电池箱的性能仿真分析及结构改进设计[D]. 王静.长安大学 2018
[6]纯电动汽车动力电池包箱体结构轻量化设计与优化[D]. 王品健.湖南大学 2018
[7]一种动力电池箱结构设计优化[D]. 孙昱晗.湖南大学 2018
[8]城市电动客车侧面碰撞安全性研究[D]. 李凌伊.长安大学 2018
[9]电动汽车电池仓结构轻量化优化设计[D]. 朱新春.吉林大学 2018
[10]电动汽车快速更换电池箱结构及散热性能研究[D]. 候雯娜.长安大学 2018
本文编号：3319408
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013年~2019年新能源汽车销量
青岛大学硕士学位论文6第二章动力电池箱静态及模态有限元分析应用有限元软件分析产品结构性能，静态及模态分析是评价产品结构静动态性能的基本方法。本章针对某型动力电池箱，通过HyperMesh软件的Optistruct模块，进行静态分析和模态分析，快速判断动力电池箱的刚度和强度是否符合标准，为下文进行优化设计做好准备。2.1动力电池箱有限元模型的建立2.1.1有限元法的基本理论有限元法是在结构离散化的情况下，得到有限个单元的集合体，当对单元结构进行施加载荷等一系列前处理操作，通过计算分析，得到单元节点的位移，进而得到整个连续体模型的位移和应力分析结果[24]。有限元法主要应用过程：首先通过结构的离散，赋予结构材料和属性，根据要求施加载荷，建立结构的有限元模型。然后进行有限元分析的求解计算。最后是后处理阶段，查看分析结果，如应力云图和位移云图[25]。分析过程如图2.1所示。图2.1有限元分析过程
青岛大学硕士学位论文8的几何模型，该结构主要由顶盖，下箱体和托架等部件组成。顶盖由于不是电池系统的主要承载部件，主要起到密封作用[32]，因此顶盖和下箱体需要布置较多螺栓来达到良好的密封性能，同时还要合理分布顶盖螺栓孔的位置。图2.2为顶盖三维模型。图2.2顶盖三维模型下箱体作为电池系统的主要承载装置，箱体结构采用钣金件拼焊加工而成，其自身应具有较高的抗冲击能力和抗疲劳能力。托架是将箱体固定在车架上的重要部件，在下箱体两侧设计两个托架，通过焊接与下箱体连接，结构要有足够大的强度，同时还需设置合理的固定措施，使得每个固定螺栓受力不会出现集中现象，本模型设置了8个螺栓固定点，每个螺栓孔直径为15mm。图2.3为下箱体和托架三维模型。图2.3箱体与托架三维模型经过以上初步设计，得到动力电池箱三维模型视图如图2.4所示。图2.4动力电池箱三维模型视图
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动汽车动力电池包结构轻量化设计[J]. 王品健,谢晖,王杭燕. 汽车技术. 2019(12)
[2]公路路面不平整度对汽车振动的影响分析[J]. 张建莉,陈榕峰,姚岢. 公路交通科技. 2019(11)
[3]电动汽车轻量化发展状况与前景分析[J]. 吴宪华. 决策探索(中). 2019(09)
[4]农用拖拉机变速器箱体的结构优化[J]. 张廷浩,王昱,郑锐禹,邓若玲,陆华忠,史栋梁. 农机化研究. 2020(06)
[5]基于折衷规划的客车电池箱结构多工况拓扑优化[J]. 关俊山,杨大鹏,张艳兵,王进军. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2019(02)
[6]某型机载模块的随机振动疲劳分析[J]. 关迪,范学领,肖滨,刘杰. 机械强度. 2019(01)
[7]城市汽车尾气排放污染及其防治对策分析[J]. 杨平龙. 内燃机与配件. 2018(12)
[8]基于nCodeDesignlife的电池箱疲劳寿命研究[J]. 冷晓伟,戴作强,郑莉莉,赵清海,任可美. 客车技术与研究. 2018(03)
[9]基于Optistruct的动力电池包振动分析[J]. 刘家员,王可洲,周伟. 山东交通学院学报. 2018(01)
[10]随机振动与冲击条件下电动车电池包结构响应分析[J]. 黄培鑫,兰凤崇,陈吉清. 汽车工程. 2017(09)
博士论文
[1]基于真实路谱重现的虚拟台架及汽车疲劳寿命预测研究[D]. 周泽.湖南大学 2013
硕士论文
[1]氢燃料电池客车车架有限元分析及结构优化[D]. 黄妮.青岛大学 2019
[2]重载AGV轻量化设计研究[D]. 李楠楠.郑州大学 2019
[3]电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化[D]. 冷晓伟.青岛大学 2018
[4]随机载荷作用下的高速列车车体振动疲劳分析方法研究[D]. 张醒.西南交通大学 2018
[5]某纯电动载货汽车集成电池箱的性能仿真分析及结构改进设计[D]. 王静.长安大学 2018
[6]纯电动汽车动力电池包箱体结构轻量化设计与优化[D]. 王品健.湖南大学 2018
[7]一种动力电池箱结构设计优化[D]. 孙昱晗.湖南大学 2018
[8]城市电动客车侧面碰撞安全性研究[D]. 李凌伊.长安大学 2018
[9]电动汽车电池仓结构轻量化优化设计[D]. 朱新春.吉林大学 2018
[10]电动汽车快速更换电池箱结构及散热性能研究[D]. 候雯娜.长安大学 2018
本文编号：3319408
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