基于有限元法的纯电动汽车电池箱结构分析及热特性研究

【摘要】：江南网页版登录入口官网下载 不燃烧汽油和柴油,因此与传统燃油汽车相比对环境的污染较少。在经历了一段时期的探索后,江南网页版登录入口官网下载 的主流技术已逐步明确,汽车动力电气化(电动汽车)已经成为其发展的趋向。电动汽车依靠动力蓄电池箱提供能源。电池箱设计要满足多种行驶工况下的机械性能要求。同时与传统燃油汽车相比,单位重量存储的能量少,使得电动汽车自身的装备质量很大,因此影响了最高车速的提高和整车的加速性能。本文对某汽车有限公司正在研发的一款纯电动汽车所装载的电池箱进行结构分析及热特性研究。首先在Pro/E中建立电池箱模型,之后通过使用有限元分析理论和有限元分析软件ANSYS Workbench14.5对电池箱下箱体的静力学性能和整体结构的动力学性能进行分析与研究,并根据电池箱下箱体的静力分析结果对其进行结构优化改进设计,最后对单体电池、单个电池组及电池箱下箱体的温度场进行仿真分析,并根据电池箱下箱体的温度场分析结果对其进行热-结构耦合有限元分析。主要工作如下：(1)建立单体电池、单个电池组及电池箱的三维实体模型,并完成单个电池组及电池箱模型的装配。(2)将Pro/E建立的电池箱下箱体的三维模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,对其进行静力分析,得到电池箱下箱体的等效应力云图,其分析结果为电池箱下箱体进一步优化设计提供了理论依据。将其中某一节点的强度分析结果与运用第四强度理论计算结果进行对比分析。(3)从动力学角度阐述了模态分析原理,利用AANSYS Workbench软件简化了电池箱整体结构模型,运用Block Lanczos法提取了电池箱整体结构前十阶约束模态。(4)根据电池箱下箱体静力学分析结果,对电池箱下箱体不满足强度要求的部位进行改进,并且对其进行尺寸优化设计,对优化改进后的结构进行动静力学分析验证。(5)利用ANSYS Workbench分析软件,首先对单体电池放电过程中电池表面的温度场进行仿真运算,在一定的环境温度下,分析不同放电倍率对电池表面温升的影响,然后仿真分析单个电池组在放电过程中的电池表面温度场,最后对电池放电过程中电池箱下箱体的温度场进行仿真运算。(6)对单个电池组进行放电过程中电池表面的温升测试,与仿真结果进行分析对比。(7)对优化改进后的下箱体结构进行热-结构耦合分析,验证结构是否满足强度要求。 【关键词】：电池箱 workbench 动静力学分析 结构优化改进 温度场分析 热-结构耦合分析
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 前言11
• 1.2 电动汽车电池箱国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 课题研究目的及意义14-15
• 1.4 本文研究的主要内容及技术路线15-18
• 1.4.1 主要内容15-16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 有限元理论与软件介绍19-25
• 2.1 有限元法基本概述19
• 2.2 有限元法的基本原理19-20
• 2.3 有限元法的分析步骤20-22
• 2.4 ANYS Workbench Environment(AWE)介绍22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 电池箱下箱体静力分析25-33
• 3.1 静力学的基本概念25
• 3.2 静力分析模型的建立25-27
• 3.2.1 有限元建模的基本原则25-26
• 3.2.2 几何模型的建立与导入26
• 3.2.3 材料参数设置26
• 3.2.4 单元类型的选择26-27
• 3.2.5 有限元网格划分27
• 3.3 电池箱有限元模型27
• 3.4 边界约束条件及加载说明27-29
• 3.5 静力分析结果及强度校核29-31
• 3.5.1 颠簸路面急刹车工况计算结果29
• 3.5.2 颠簸路面急转弯工况计算结果29-30
• 3.5.3 强度校核30-31
• 3.6 本章小结31-33
• 第四章 电池箱整体结构模态分析33-41
• 4.1 模态分析理论33-34
• 4.2 模态提取方法34
• 4.3 模态分析步骤34-35
• 4.4 电池箱整体结构模态分析35-40
• 4.4.1 材料参数设置35
• 4.4.2 约束设置与求解35-40
• 4.4.3 结果分析40
• 4.5 本章小结40-41
• 第五章 电池箱下箱体结构改进与优化设计41-51
• 5.1 优化设计的理论基础41-43
• 5.1.1 优化设计概述41
• 5.1.2 优化设计的数学模型41-42
• 5.1.3 结构优化设计的分类42-43
• 5.2 电池箱下箱体结构改进设计43-44
• 5.3 电池箱下箱体尺寸参数优化设计44-49
• 5.3.1 优化设计流程44-45
• 5.3.2 设计变量与目标函数45-48
• 5.3.3 实验设计48
• 5.3.4 优化结果48-49
• 5.4 本章小结49-51
• 第六章 电池组及电池箱下箱体温度场有限元分析51-62
• 6.1 热力学中一些基本概念51
• 6.2 锂离子电池组及电池箱下箱体温度场仿真分析的目的51
• 6.3 锂离子电池的生热机理51-53
• 6.4 锂离子电池组热量的传递53
• 6.5 单体电池模型建立与仿真分析53-58
• 6.5.1 单体电池有限元模型的建立53-55
• 6.5.2 单体电池温度场有限元分析结果55-58
• 6.6 电池组温度场的有限元分析58-59
• 6.6.1 电池组有限元模型的建立58-59
• 6.6.2 电池组温度场有限元分析结果59
• 6.7 电池箱下箱体温度场的有限元分析59-61
• 6.7.1 电池箱下箱体有限元模型的建立59-60
• 6.7.2 电池箱下箱体温度场有限元分析结果60-61
• 6.8 本章小结61-62
• 第七章 电池组温度场实验研究62-68
• 7.1 锂离子电池的温升实验62-65
• 7.1.1 锂离子电池的温度特性62
• 7.1.2 锂离子电池组放电过程中的温升实验62-65
• 7.2 实验结果65-67
• 7.3 本章小结67-68
• 第八章 电池箱下箱体热-结构耦合性能有限元分析68-72
• 8.1 耦合场有限元分析的相关定义68
• 8.2 热-结构耦合分析的基本理论68-69
• 8.3 电池箱下箱体热-结构耦合有限元分析69-70
• 8.3.1 热-结构耦合有限元分析模型的建立69
• 8.3.2 边界约束条件及加载说明69-70
• 8.4 热-结构耦合有限元分析结果70-71
• 8.5 本章小结71-72
• 第九章 总结与展望72-74
• 9.1 本文完成的工作72-73
• 9.2 本文展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80

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