基于频率响应分析的车用电池箱结构疲劳寿命预估.pdf

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1、第５期（总第１９８期）机械工程与自动化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０５-００３１-０３基于频率响应分析的车用电池箱结构疲劳寿命预估１，２３２３２２彭倩，王继辉，林有淮，魏瑞洪，卢光华，柯莺镪（１．厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门３６１０２４；２．厦门威迪思汽车设计服务有限公司，福建厦门３６１０２４；３．厦门华锂能源股份有限公司，福建厦门３６１０２４）摘要：以某车用电池箱为研究对象，基于振动疲劳寿命预估方法，利用ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ软件对电池箱结构进行频率响应分析，

2、获得频率和电池箱结构二者之间的应力传递函数；在ｎＣｏｄｅ软件中关联电池箱载荷工况与功率谱密度，结合电池箱结构材料的疲劳特性并运用Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤法则，以Ｇｏｏｄｍａｎ方法修正平均应力后得到电池箱结构各位置的疲劳寿命分布云图。结果表明，ｎＣｏｄｅ软件中得到的疲劳破坏区域与实际中出现的疲劳破坏区域具有一致性；基于有限元仿真分析方法提供的电池箱结构疲劳损伤优化解决方案能有效优化电池箱产品设计开发流程，缩短产品设计开发周期。关键词：ｎＣｏｄｅ；电池箱；频率响应分析；ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ；功率谱密度；疲劳寿命中图分类号：Ｕ４６３.６３∶ＴＰ３９１.７文献标识码：Ａ0引言段具有计算方

3、便、无需循环统计和方便数据处理等优电池箱作为电动汽车动力源的支撑结构，其结构势。因此，本文基于频域手段研究电池箱结构疲劳寿的可靠性是制衡电动汽车产业发展的关键技术之一。命的预估，采用路面功率谱密度来表征电池箱结构振电池箱的疲劳损伤主要来源于汽车在行驶过程中受到动输入的路面不平度。的路面激励和汽车自身的激励源所引起的随机性振１．１模态频率响应分析基础动，因此研究振动与电池箱结构的疲劳寿命关系具有ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ线性求解器中对频率响应分析有直接重要的工程意义。法和模态法两种不同的计算方法。基于对研究对象的电池箱结构失效的主要因素之一是出现疲劳破考虑，本文中频率响应分析选用模态法

4、，利用电池箱结坏，而引起电池箱结构疲劳失效的交变载荷的峰值往构振型来简化问题模型，使模拟仿真分析更为高效。往远低于电池箱结构在静态条件下分析预测出来的电池箱结构振型作为其振动特性的一部分需要通过计［１］［２］“安全载荷”。因此，在电池箱研发设计过程中，有必算得到，且模态频率响应分析是主模态分析的扩展。要研究其结构在交变载荷下的疲劳寿命。与传统分析结构受简谐振动的多自由度系统的振动方程可表示为：・・・it手段相比较，基于有限元仿真分析的手段能够得到表［M］｛x（t）｝＋［C］｛x（t）｝＋［K］｛x（t）｝＝｛f（）｝ｅ．（１）征电池箱结构强度的疲劳寿命分布云图，使得设计工其中：

5、［M］、［C］、［K］分别为结构的质量矩阵、阻尼矩程师在设计阶段便可判断电池箱结构的薄弱区域，并阵和刚度矩阵；｛x｝为结构各节点所对应的位移响应对电池箱结构进行针对性优化设计，这样就能有效缩向量；为结构各节点位移所对应的激励频率。短产品开发周期，降低成本，提高该产品的竞争力。假设式（１）的解为：it1评估结构疲劳寿命的理论基础｛x｝＝［］｛（）｝ｅ．（２）评估结构疲劳寿命的主要方法有基于时域和基于其中：［］为模态矩阵；为固有频率下的特征向量。频域两种技术手段。基于时域分析手段需要循环统将式（２）代入式（１），并且忽略阻尼对结构的影响计，处理数据繁杂，消耗时间长，并且时域下得到的

6、损可得：２伤值本身就是一个不确定的变量，无法对不确定的损-［M］［］｛（）｝＋［K］［］｛（）｝＝｛f（）｝．（３）Ｔ伤值做数据处理。相对而言基于功率谱密度的频域手将式（３）两侧同乘以［］得：国家外专局高端外国专家项目（ＧＤＴ２０１５３６０００６５）；福建省教育厅ＪＫ项目（ＪＫ２０１４０３６）；福建省高校杰出青年科研人才培育计划；厦门理工学院科技项目（ＸＫＪ２０１５０１）收稿日期：２０１６-０７-０７；修订日期：２０１６-０８-２５作者简介：彭倩（１９８２-），男，湖北天门人，副教授，博士，主要从事整车性能评估与分析。・３２・机械工程与自动化２０１６年第５期２Ｔ-［ω］φ［M］

7、［］｛φ（）ξ｝ω＋根据各阶惯性矩可得：ＴＴ［］［φK］［］｛（φ）｝ξ＝ω［］｛φf（）｝ω．（４）E（０）＝m２／m０．（１１）将式（３）转换为式（４）的目的是为了通过结构振动的E（s）＝m４／m２．（１２）正交特性，利用广义质量矩阵和广义刚度矩阵表达其振其中：E（０）为样本中自上而下穿透均值的次数；E（s）动运动方程，以提高方程组的求解效率，从而节约时间。为样本中出现峰值的次数；m０、m２、m４分别为功率谱１．２随机疲劳寿命预测密度函数０阶、２阶、４阶的惯性矩。则不规则因子为：结构的疲