[發(fā)明專利]基于有限元方法的汽車電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811366964.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109583058B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝暉;楚博;王杭燕;李凡;孫延;周詩琪;陳佳求;陳煜同;趙笠程
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

1.一種基于有限元方法的汽車電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立現(xiàn)有托盤的三維模型，在有限元軟件中進(jìn)行彎曲和扭轉(zhuǎn)仿真實驗，確定托盤最優(yōu)截面形式；在Hypermesh軟件中的optistruct模塊內(nèi)依據(jù)現(xiàn)有的多款電池托盤建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；

向各數(shù)學(xué)模型施加相同的彎矩，觀測得最大位移出現(xiàn)在中部位置、最大應(yīng)力出現(xiàn)在受約束邊角處；

向各數(shù)學(xué)模型施加相同的扭矩，觀測得最大位移和最大應(yīng)力均出現(xiàn)在受到約束的邊角；

即托盤所包含的各邊梁的最優(yōu)截面形式為L型截面；

對確定的最優(yōu)截面進(jìn)行優(yōu)化，具體步驟為：

在catia軟件中建立L型截面的邊梁的三維模型后導(dǎo)入Hypermesh軟件中劃分單元網(wǎng)格，選擇六面體網(wǎng)格，設(shè)定實體網(wǎng)格的邊長為4mm，材質(zhì)選用鋁合金Al-S-6000，邊梁的優(yōu)化區(qū)域為外輪廓內(nèi)4mm區(qū)域，創(chuàng)建位移約束及質(zhì)量約束，其中位移約束上限為0.1mm，下限為-0.1mm，目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為質(zhì)量響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化分析，得到最優(yōu)截面；

步驟二、建立托盤和電池包的三維模型，托盤截面為步驟一中所確定的最優(yōu)截面，利用有限元分析軟件進(jìn)行流固耦合仿真分析，改進(jìn)托盤內(nèi)的流道設(shè)計；將托盤在ANSYS?MESHING模塊中劃分網(wǎng)格，設(shè)定最小網(wǎng)格大小為1.0mm；在流體表面設(shè)置生長率為1.2的五層邊界層網(wǎng)格，入口設(shè)置為質(zhì)量流量，數(shù)值指定為0.37972，初始溫度設(shè)為300K，出口類型設(shè)置為outflow，電池包發(fā)熱速率設(shè)置為50000W/m²，求解方法選擇為SIMPLE，求解控制中energy修改為0.8，監(jiān)視器設(shè)定為殘差控制，初始化方法設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)初始化；初始化之后，設(shè)定求解迭代步數(shù)為200進(jìn)行求解；獲得兩進(jìn)兩出四流道式的全新水冷流道；

步驟三、建立內(nèi)設(shè)電池包的電池箱模型并導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行剛強(qiáng)度分析；利用UG軟件建立、導(dǎo)出電池箱的三維模型，電池箱包括上蓋板、托盤、加強(qiáng)橫梁、水冷流道、展臺、吊耳和絕緣板；

將三維模型導(dǎo)入Hypermesh中對各部件進(jìn)行殼網(wǎng)格劃分，指定表面四邊形網(wǎng)格尺寸按10mm劃分，控制其殼單元的公式選擇2號Belyschko單元，設(shè)置厚度方向3個積分點；

將水冷流道的模型選為各向同性彈塑性材料MAT12，并設(shè)置水冷流道的密度、楊氏模量、泊松比和屈服強(qiáng)度；

將上蓋板、托盤、加強(qiáng)筋、展臺、吊耳和絕緣板設(shè)定為各向異性彈塑性材料MAT37，并設(shè)置各部件的密度、楊氏模量、泊松比和屈服強(qiáng)度；

電池包頂部與上蓋板、加強(qiáng)橫梁之間采用螺栓連接，螺栓連接采用剛性1D單元進(jìn)行模擬；電池包底部與托盤、加強(qiáng)橫梁和吊耳采用焊點連接，焊點連接采用spot-1d單元進(jìn)行模擬；電池包材料模型選用MAT1，焊點材料采用MAT100作為材料模型；

以汽車扭轉(zhuǎn)以及顛簸情況下進(jìn)行急剎車、急轉(zhuǎn)彎、倒車制動四個工況向模型施加載荷進(jìn)行模擬，驗證各工況下電池箱的剛強(qiáng)度性能；

步驟四、對電池箱模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化，獲得最優(yōu)的尺寸和截面形式。

2.如權(quán)利要求1所述的基于有限元方法的汽車電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：在所述步驟四中，對加強(qiáng)橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，

首先在HyperMesh前處理軟件，對電池包有限元模型中的加強(qiáng)橫梁進(jìn)行相關(guān)拓?fù)鋬?yōu)化卡片與參數(shù)的定義，并將定義后的電池包整體模型以.fem格式導(dǎo)入到Optistruct優(yōu)化軟件中進(jìn)行分析計算；其中，目標(biāo)函數(shù)定義為加強(qiáng)橫梁的體積分?jǐn)?shù)；約束響應(yīng)定義為電池包各結(jié)構(gòu)件在各工況下作用下的應(yīng)力應(yīng)變值與各階模態(tài)下的固有頻率值，設(shè)計變量則定義為加強(qiáng)橫梁中所有的側(cè)端部位；

然后進(jìn)行多次迭代分析計算，求得的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果；

再將經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化后得出模型利用HyperMesh前處理軟件中的OSSmooth工具以.iges的格式輸出，并將其導(dǎo)入到CATIA幾何建模軟件中對拓?fù)浜蠹訌?qiáng)橫梁的幾何特征進(jìn)行修整，得優(yōu)化后的加強(qiáng)橫梁。