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基于某电动汽车电池箱的焊点疲劳寿命分析及优化改进

作　者: 戴江梁
导　师: 吴长德
学　校: 湖南大学
专　业: 机械工程
关键词: 电池箱焊点有限元模型模拟精度静态特性动态特性焊点疲劳寿命焊点优化布置
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

汽车产业的高速发展使得能源紧缺、环境恶化等问题日益严重。电动汽车作为绿色环保的新能源汽车因此受到青睐，很多国家的汽车企业正在加大电动汽车的研发力度。与传统汽车一样，电动汽车的整车及各个零部件必须满足相关安全性要求及一定的使用寿命。作为电动汽车动力源的电池箱是典型的薄板点焊结构，其焊点的疲劳强度不仅关系到电池箱本身的安全性能和使用寿命，也对整车的安全性造成重大影响。利用基于有限元的仿真分析方法预测电池箱焊点的疲劳损伤和疲劳寿命，针对低寿命区域的焊点进行优化改进，可以有效降低开发和试验费用，提高电池箱的安全性和整体的使用寿命。本文介绍了5种典型的焊点有限元模型，进行了焊接钢板的模态试验和点焊试件的拉伸试验，通过对比分析综合评价了各焊点模型的建模效率和模拟精度，为后续电池箱的仿真分析提供了技术支持，有利于为焊点的疲劳寿命计算提供正确的焊点损伤模型。利用有限元理论和仿真分析方法，对电动汽车行驶在颠簸路面急刹车和急转弯两种工况下电池箱的静态特性进行了分析，动态特性主要分析电池箱的模态特性和定频振动特性，为焊点的疲劳寿命分析奠定了基础。基于电池箱动态响应的应力结果，利用疲劳寿命预估原理预测了电池箱焊点的疲劳损伤和寿命，找出了各工况下焊点分布的薄弱部位，并结合台架振动试验中焊点的失效情况，验证焊点疲劳寿命预测方法的有效性。在此基础上，针对电池箱焊接的薄弱区域，对焊点进行了优化布置，充分发挥每个焊点的连接作用，在不增加焊点总数的前提下，适当增大疲劳寿命较低部位的焊点密度，分析表明，焊点整体的疲劳寿命得到了提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
插图索引  11-14
附表索引  14-15
第1章绪论  15-21
  1.1 课题研究背景  15-16
  1.2 点焊结构的疲劳寿命研究现状  16-19
    1.2.1 点焊连接的有限元建模方法的探索  16-17
    1.2.2 焊点疲劳寿命分析及优化的研究现状  17-19
  1.3 论文主要内容  19-20
  1.4 本章小结  20-21
第2章电池箱点焊连接的有限元建模方法研究  21-37
  2.1 点焊连接的基本理论  21-22
    2.1.1 点焊接头的结构介绍  21-22
    2.1.2 点焊连接的优点  22
  2.2 点焊连接的有限元模拟方法介绍  22-25
    2.2.1 电池箱的焊点有限元模型选取原则  22
    2.2.2 焊点有限元模型介绍及比较  22-25
  2.3 焊点模型在模态分析中的比较及评价  25-29
    2.3.1 焊接钢板模态试验  25-27
    2.3.2 各焊点模型的模拟精度分析  27-28
    2.3.3 各焊点模型的综合评价  28-29
  2.4 焊点模型在强度分析中的比较及评价  29-36
    2.4.1 点焊结构的弹塑性的有限元理论分析  29-32
    2.4.2 点焊试件的拉剪试验  32-33
    2.4.3 焊点模型在试件拉伸模拟中的对比  33-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章电池箱有限元模型的建立  37-44
  3.1 有限元方法的应用  37-39
    3.1.1 有限元方法的基本思想  37
    3.1.2 有限元法的方法和步骤  37-39
  3.2 电池箱结构模型的介绍  39-43
    3.2.1 电池箱的结构组成  39-40
    3.2.2 焊点的分布区域  40-41
    3.2.3 箱体材料的选取和厚度的确定  41
    3.2.4 单元划分和质量控制  41-43
    3.2.5 模型的装配  43
  3.3 本章小结  43-44
第4章电池箱的静动态特性分析  44-56
  4.1 电池箱的静态特性分析  44-47
    4.1.1 结构静力分析基础  44-45
    4.1.2 约束与静态载荷介绍  45-46
    4.1.3 计算结果及分析  46-47
  4.2 电池箱的模态特性分析  47-50
    4.2.1 模态分析的理论基础及意义  48-49
    4.2.2 模态计算及结果分析  49-50
  4.3 电池箱的定频振动分析  50-55
    4.3.1 电池箱定频振动的试验条件  50-51
    4.3.2 约束和载荷工况介绍  51
    4.3.3 计算结果及分析  51-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章电池箱焊点的疲劳寿命分析及优化改进  56-74
  5.1 疲劳寿命预估的基本原理  56-59
    5.1.1 疲劳累计损伤理论  56-57
    5.1.2 名义应力法  57-58
    5.1.3 材料的 S-N 曲线定义  58-59
    5.1.4 疲劳分析的基本流程  59
  5.2 焊点疲劳寿命预估的基本原理  59-62
    5.2.1 焊点有限元模型  59-60
    5.2.2 结构应力的计算  60-61
    5.2.3 材料性能的确定  61
    5.2.4 焊点损伤计算  61-62
  5.3 焊点的疲劳寿命计算及试验验证  62-71
    5.3.1 疲劳载荷的定义  62
    5.3.2 焊点材料的疲劳特性  62-63
    5.3.3 计算结果及分析  63-71
  5.4 电池箱焊点的优化改进  71-73
    5.4.1 焊点优化改进方案  71-72
    5.4.2 仿真计算与优化方案评价  72-73
  5.5 本章小结  73-74
总结与展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  80

基于某电动汽车电池箱的焊点疲劳寿命分析及优化改进

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