基于Ncode的电池包随机振动疲劳分析流程

根据国标"GB/T31467.3-7.1振动"一条要求，电池包需要在振动台上进行三个方向上振动试验，测试从Z轴开始，然后是Y轴，最后是X轴。每个方向的测试时间是21个小时。本文对某电池包振动强度分析进行详细流程的操作演示。

一、分析模型

1、分析模型的建立，分析模型包括壳体、模组以及连接支架等，与车身安装处采用rbe2进行连接，并在此处施加激励，模拟台架状态。本文使用Ncode进行模拟电池包台架随机振动疲劳分析，主要包括单位加速度激励下应力结果，振动加速度频谱，疲劳材料及参数设置以及后处理等。根据台架测试要求，从ZYX三个方向依次进行，时间为21h。    

图1 某电池包模型

2、频率响应分析参数设置如下

2.1 边界约束，约束电池包支架1-6自由度，如下所示：

2.2 模态提取，本分析频率范围为0-200Hz，模态提取为0-400Hz，如下所示：

2.3 分析频率设置，为了保证计算精度，可以在结构响应的峰值位置增加计算频率（FREQ4）。采用FREQ4，本分析频率范围为1-200Hz，下图中在每个模态频率处进行带宽扫频，(1-FSPD)* fN and (1+FSPD)* fN , 如下所示：   

2.4 激励幅值设置，采用TABLED1，本分析为恒幅值，对于具体分析建议采集实际载荷；

2.5 阻尼设置，可以采用TABDMP1或在全局中用G进行设置，阻尼值建议通过模态测试或采用结构应力分析相关性结果。

2.6 激励载荷集设置，为了保证和PSD载荷表中的单位保持一致，需要保证频响分析中的单位协调统一，因为PSD输入是按g^2/Hz，因此频响分析的激励需要换算成9810mm/s^2。如对三个方向X/Y/Z分别采用1G加速度进行激励，并与载荷幅值TABLED1关联，即为实际载荷谱激励，如下所示。 

2.7 工况设置，采用模态频率响应分析类型，分别定义三个工况。

2.8 输出Set设置，对于大模型，为提升求解效率，可定义输出集。

2.9 控制卡片设置，可以定义输出位移、加速度、应力等。

3、求解及分析结果读取，进行如下操作，采用瞬态动画模式。

本例中电池包支架X向最大应力为10.9MPa@124Hz，Y向最大应力为212.1MPa@79.9Hz，Z向最大应力为64.8MPa@44.0Hz。    

二、Ncode振动疲劳分析设置

Ncode随机振动疲劳分析流程中主要包括4个模块：1、频响分析结果，主要获得单位激励载荷下的频响单元应力；2、PSD输入载荷，可通过VibrationGenerator生成PSD载荷输入；3、疲劳分析求解模块，包括载荷、材料、求解设置等；4、疲劳分析结果显示，包括云图显示和数据显示。根据规定要求，电池包振动疲劳有ZYX三个方向，按顺序进行，因此通过Ncode的dutycycle实现三个方向的按顺序分析计算并自动进行结果叠加。   

2.1 频率分析结果读入

2.2 测试振动加速度PSD生成，选择Vibration on Generator。

2.3  ZYX三个方向PSD加速度频谱生成   

2.4 振动疲劳分析设置，选择Vibration on CAE Fatigue，建立三条振动载荷通道，分别是Z、Y及X。

右键点击Advanced Edit 点Yes；选择duty cycle，并建立三个方向载荷，并将repeat count改为21h，即75600s。  

在z_load右键选择Add Histogram选择Histogram input from pipe。

将三个PSD载荷输入到VibrationAnalysis模块，按ZYX顺序连接，将左侧的三个方向的load与psd关联，如下图中Z方向操作。

2.5 在Advanced中可以设置PSD载荷循环计数的方法，选择Dirlik；

2.6 材料定义，建议采用实测的材料疲劳参数，若无可采用以下方法近似。    

2.7分析结果读取

通过台架振动疲劳分析，得到该支架最大损伤节点532566为0.287，RMS应力值为33.43MPa，最大寿命为3.484次，即电池包振动疲劳在三个方向各经过21小时后，可以循环3.484次。

三、小结

对电池包支架进行振动疲劳分析，可以将电池包振动疲劳分析整个流程固化下来，包括PSD载荷、求解参数设置等，若后续需要更新模型或材料，直接在此模型上进行修改即可完成振动疲劳分析；通过分析可以预测电池包的支架疲劳损伤是否满足要求，如本例中根据《GBT 31467.3-2015 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分 安全性要求与测试方法》中7.1振动疲劳法规要求，按规定的功率谱密度及仿真时间，电池包总损伤为0.287。小于1，理论满足法规要求。