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仿真分析｜新能源汽车电池包焊点模拟及挤压分析计算
图3 电池包受力分析图
3 焊点模型
首先先导入焊点几何位置,并在焊点位置建立 ACM 焊点,得到该位置焊点的有限元模型,如图 4 所示。
图4 电池包焊点模型
Dcoup3D 单元类型目前只支持应用于 Abaqus/Standard 中,其关键字如下：
*ELEMENT, TYPE=DCOUP3D, ELSET=name
ElementID, NodeID
*DISTRIBUTING COUPLING, ELSET=nameNodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
NodeID, Weight Factor
这种焊点建立方式是在两层单元中建立一个实体单元,将实体单元中相近的节点与焊接面上的单元建立 Coupling 连接,并可以设定相应的权重系数。值得注意的是 Dcoup3D类型单元并不能被 Abaqus/Explicit 识别,因此采用 C3D8R 单元代替 Dcoup3D 单元,并建立焊点单元与焊接面之间的 Tie 连接。这种连接方式相比于刚性连接和共节点的连接方式,不会增加局部的刚度,精度更高,更加逼近于焊接的真实情况。
4 计算结果及分析
根据 GT/B 对电池包抗挤压性能的评价体系,本文对电池包挤压分析结果进行了分析,通过对电池包在挤压过程中的变形(Displacement)、等效应力(von Mises Stress)、结构整体刚度(ReactionForce-Displacement Curve)等几项指标进行了分析。
在挤压过程中,电池包壳体的变形形式决定了能否提供足够的刚度来保护内部电池元件之间不会发生相互干涉,同时也确保电池不会受到挤压而发生电池液泄露等安全事故,因此电池包的变形及位移是作为评价电池包抗挤压性能的重要指标之一。图 5 位 X 方向挤压过程中电池包不同时刻的位移云图。
图5 电池包X方向不同时刻位移云图
等效应力通常是作为判断材料是否进入塑性的关键参数,尤其是作为判断关键区域材料是否满足强度要求的主要参考值,因此等效应力也是作为电池包抗挤压性能的重要指标之一。图 6 为 X 方向挤压过程中不同时刻的 von Mises 应力云图。由于在挤压过程中涉及到比较大的变形和力,大部分材料会进入塑性区域,电池包应力比较大的区域主要集中在受挤压区域以及各个部位倒角处,以及焊接连接处。
图6 电池包 X 方向挤压不同时刻应力云图
5 结语
采用实体单元模拟汽车零部件之间的焊接点有比较高的精度,且符合实际焊接情况。通过 Abaqus/Explicit 挤压分析计算,得到了新能源汽车电池包的抗挤压性能参数,保证了电池包在车辆运行过程中的安全性。合理的、流程化的 CAE 分析计算过程,能够有效的缩短开发周期和降低开发成本,为产品的设计和优化提供相应依据。
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