1 概述

汽車在加速、減速、轉(zhuǎn)彎、上下震蕩等情況下，蓄電池裝置會隨之運動，因此，固定蓄電池裝置的蓄電池支架強度和剛度必須滿足要求，以保證蓄電池為汽車正常行駛及車內(nèi)電子系統(tǒng)正常運行供電。考慮到蓄電池支架的注塑工藝性以及蓄電池支架在發(fā)動機艙的存放空間，蓄電池支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析勢在必行^[5]。

    本文借助HyperMesh中的OptiStruct求解器，運用材料線性和分析性有限元仿真分析方法，主要考慮蓄電池朝整車方向加速運動時，在產(chǎn)品設(shè)計階段對某車型的蓄電池支架進(jìn)行強度分析，從而發(fā)現(xiàn)蓄電池支架薄弱地方，根據(jù)分析結(jié)果對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2 有限元模型的建立

2.1 幾何模型的建立

蓄電池支架裝配體原始幾何模型如圖1所示，為了提高計算精度及計算效率，需簡化原始幾何模型，簡化后的蓄電池支架裝配體如圖2所示。

2.2 網(wǎng)格劃分

根據(jù)模擬計算的精度要求，蓄電池支架采用四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元尺寸為2mm，單元數(shù)為578626；其余部件采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，蓄電池支架單元尺寸為10mm，其余部件單元尺寸均為2mm。

2.3 材料與屬性

計算中所使用的材料參數(shù)見表1，長度單位為：mm。蓄電池支架應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖3所示。

2.4 蓄電池支架有限元模型受力和約束圖

    為了提高計算效率與時間，將蓄電池朝整車方向的加速度轉(zhuǎn)換為加載到蓄電池質(zhì)心的慣性力，螺栓直徑M8，等級8.8級，支架7個定位孔固定約束，如圖4所示。考慮到蓄電池支架拉桿孔強度要求，對蓄電池支架拉桿孔不斷改進(jìn)，最終使其滿足強度要求，如圖5所示。運用材料線性與非線性兩種方法對蓄電池支架進(jìn)行對比分析，分析工況如下所示：

工況一：蓄電池以5g加速度朝整車-Z方向加速運動（g為重力加速度，單位為m/s²）。

工況二：蓄電池以5g加速度朝整車+X方向加速運動。

工況三：蓄電池以5g加速度朝整車+Y方向加速運動。

工況四：蓄電池以5g加速度朝整車-Z和+X方向加速運動。

工況五：蓄電池以5g加速度朝整車-Z和+Y方向加速運動。

2.5 有限元模型的建立

各個部件表面之間的摩擦系數(shù)設(shè)定為0.2，有限元模型如圖6所示。

3 計算結(jié)果圖

3.1 材料線性與非線性對比分析

由于材料非線性計算的時間非常長，所有僅選擇模型2和模型3進(jìn)行材料線性與非線性對比分析，工況四及材料非線性條件下，支架最大應(yīng)力云圖如圖7所示，對比分析結(jié)果如圖8所示。

由圖8可以看出：蓄電池支架在材料線性與非線性條件下的最大應(yīng)力相差不大，平均相差6.7%。但是材料非線性求解時間為線性求解時間的120倍左右，因此，為了節(jié)約時間，提高效率，蓄電池支架可用材料線性求解即可。

3.2 蓄電池支架拉桿孔改進(jìn)方案

對蓄電池支架拉桿孔不斷改進(jìn)，共設(shè)計出4種支架模型，如圖5所示。工況四及材料線性條件下，支架最大應(yīng)力云圖如圖9所示，線性條件不同支架模型結(jié)果如圖10所示。

    蓄電池支架拉伸強度為126MPa，取安全系數(shù)1.5。由圖10可以看出：模型1、2蓄電池支架最大應(yīng)力均已超出其拉伸強度126Mpa/1.5=84MPa，模型3、4滿足強度要求，模型4為最優(yōu)方案。

4 分析與結(jié)論

運用HyperMesh中的OptiStruct求解器可對蓄電池支架進(jìn)行線性與非線性求解，改進(jìn)后的蓄電池支架可使其拉桿孔不被拉裂，為蓄電池支架注塑成型提供了依據(jù)，滿足客戶要求，為蓄電池支架的生產(chǎn)帶來了巨大的價值。分析結(jié)論表明：

（1）蓄電池支架在材料線性與非線性求解條件下，支架最大應(yīng)力相差僅6.7%，因此可用材料線性對蓄電池支架進(jìn)行有限元分析以提高效率；

（2）蓄電池支架最大應(yīng)力產(chǎn)生在支架拉桿孔處；

（3）通過不斷改進(jìn)支架拉桿孔結(jié)構(gòu)，支架最大應(yīng)力由132MPa降低至55MPa，滿足其拉伸強度要求。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 王江濤，靳春梅，顧彥，等.轎車蓄電池支架NVH性能優(yōu)化分析.汽車與配件，2009，（31）：24-26.

[2] 孫風(fēng)蔚，徐昊，陳杰龍，等.不同車型蓄電池支架結(jié)構(gòu)設(shè)計分析.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012，（10）：52-55.

[3] 戴姝，孫風(fēng)蔚，陳杰龍，等.蓄電池支架的優(yōu)化設(shè)計. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012，（10）：58-62.

[4] 梁飛飛，錢江.蓄電池支架結(jié)構(gòu)抗震性能分析.佳木斯大學(xué)學(xué)報，2013，（05）：651-655.

[5] 紀(jì)榮榮，張麗，姚慧麗，等.汽車蓄電池支架設(shè)計.汽車工程師，2014，（02）：29-33.

[6] 李國林，孫風(fēng)蔚，吳成明，等.基于布置優(yōu)化的汽車蓄電池支架輕量化設(shè)計. 汽車工程師，2014，（09）：28-31.