電池包是新能源汽車(chē)的關(guān)鍵零部件，其耐久性影響著新能源汽車(chē)整體的可靠性，按照國(guó)標(biāo)GB/T31467.3-7.1振中的要求，電池包需要在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行三個(gè)方向上疲勞耐久，測(cè)試從Z軸開(kāi)始，然后是Y軸，最后是X軸。每個(gè)方向的測(cè)試時(shí)間是21個(gè)小時(shí)。

本文基于某車(chē)型動(dòng)力電池包，使用

Hypermesh-Optistruct-Ncode聯(lián)合仿真分析手段，進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析。按照振動(dòng)臺(tái)架邊界條件進(jìn)行工況設(shè)置，求解電池包振動(dòng)疲勞壽命。

1. 有限元模型建立

分析模型包括電池包殼體、模組以及車(chē)身連接支架，與車(chē)身安裝處采用rbe2模擬螺栓。通過(guò)節(jié)點(diǎn)耦合，在rbe2耦合單元主節(jié)點(diǎn)處施加激勵(lì)，模擬臺(tái)架狀態(tài)。本文使用聯(lián)合仿真進(jìn)行電池包臺(tái)架隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析，主要包括單位加速度激勵(lì)下應(yīng)力結(jié)果，振動(dòng)加速度頻譜，疲勞材料及參數(shù)設(shè)置以及后處理等。根據(jù)臺(tái)架測(cè)試要求，從ZYX三個(gè)方向依次進(jìn)行，時(shí)間為21h。本文建立的電池包模型如下圖所示：

圖1 某電池包有限元模型

1. 頻率響應(yīng)分析

2.1 邊界約束，固定約束電池包支架，如下所示：

圖2 電池包約束示意圖

2.2 模態(tài)頻率提取，在EIGRL模態(tài)分析卡片中定義特征模態(tài)頻率提取范圍V1-V2為0-200Hz：

2.3 頻率響應(yīng)分析，為了保證和PSD載荷表中的單位保持一致，需要保證頻響分析中的激勵(lì)單位協(xié)調(diào)統(tǒng)一，因?yàn)镻SD輸入是按g^2/Hz，因此頻響分析的激勵(lì)需要換算成9810mm/s^2。如對(duì)三個(gè)方向X/Y/Z分別采用1G加速度進(jìn)行激勵(lì)，并與載荷幅值TABLED1關(guān)聯(lián)，即為實(shí)際載荷譜激勵(lì)。

2.4 為了保證計(jì)算精度，在結(jié)構(gòu)響應(yīng)的峰值位置增加計(jì)算頻率（FREQ1）。采用FREQ1，本分析頻率范圍為1-200Hz，掃頻方式選擇為頻率初始值2Hz，掃頻增量5Hz，掃頻增量步40步。

2.5 輸出模型應(yīng)力響應(yīng)結(jié)果，作為隨機(jī)振動(dòng)疲勞輸入。頻率響應(yīng)分析工況設(shè)置如下圖所示：

圖3 電池包頻響分析設(shè)置

1. 基于Ncode的隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析

3.1 頻率分析結(jié)果讀入，首先搭建疲勞分析五框圖，將頻響分析結(jié)果導(dǎo)入到五框圖中的FEinput模塊

圖4 隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析流程圖

3.2 定義PSD曲線，選擇Vibration on Generator，生成ZYX三個(gè)方向PSD加速度頻譜。

圖5 加速度PSD響應(yīng)譜生成

3.3 振動(dòng)疲勞分析設(shè)置，選擇Vibration on CAE Fatigue，建立三條振動(dòng)載荷通道，分別是Z、Y及X。

在Vibration on CAE Fatigue模塊設(shè)置中，右鍵點(diǎn)擊Advanced Edit 點(diǎn)Yes；選擇duty cycle，并建立三個(gè)方向載荷，并將repeat count改為21h，即75600s。

3.4 材料設(shè)置 按照電池包安裝支架材料牌號(hào)，設(shè)置材料SN曲線，材料SN曲線如圖6所示：

圖6 材料SN曲線設(shè)置

上述步驟設(shè)置完畢后提交計(jì)算，在Ncode軟件中完成電池包隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析，分析全流程如圖7所示：

圖7 計(jì)算流程

3.5分析結(jié)果讀取

通過(guò)臺(tái)架振動(dòng)疲勞分析，得到該支架最大損傷節(jié)點(diǎn)75842812為0.848，RMS應(yīng)力值為58.16MPa，最小壽命為1.770次，即電池包振動(dòng)疲勞在三個(gè)方向各經(jīng)過(guò)21小時(shí)后，可以循環(huán)1.77次。

圖8 損傷結(jié)果

圖9 壽命結(jié)果

圖10 應(yīng)力均方根

四、結(jié)果評(píng)價(jià)

對(duì)電池包支架進(jìn)行振動(dòng)疲勞分析，可以將電池包振動(dòng)疲勞分析整個(gè)流程固化下來(lái)，包括PSD載荷、求解參數(shù)設(shè)置等，若后續(xù)需要更新模型或材料，直接在此模型上進(jìn)行修改即可完成振動(dòng)疲勞分析；通過(guò)分析可以預(yù)測(cè)電池包的支架疲勞損傷是否滿足要求，如本例中根據(jù)《GBT 31467.3-2015 電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分 安全性要求與測(cè)試方法》中7.1振動(dòng)疲勞法規(guī)要求，按規(guī)定的功率譜密度及仿真時(shí)間，電池包總損傷為0.848。小于1，理論滿足法規(guī)要求。

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