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基于动静态特性的电动汽车电池箱体加强筋结构优化研究

作　者: 张海滨
导　师: 吴长德
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 电池箱加强筋动静态特性形貌优化
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

汽车中油箱、电池箱等箱体类零件均由薄钢板冲压或焊接而成，工程中常采用在钢板上冲压出加强筋的方法增强其承载能力，由于惯性矩的改变和材料的加工硬化作用，可以有效地提高制件的强度和刚度，而且外形美观。目前，加强筋结构的应用日益广泛，且往大型化、复杂化方向发展，影响其性能的设计参数越来越多，增加了该类结构的设计难度。本研究课题着眼于加强筋结构的分析和研究，具有一定的实用价值和指导意义。本文考虑了电动汽车电池箱行驶在不平坦路面上急转弯和急刹车两种极端工况下的受力状况，对电池箱进行了静强度分析。此外还分析了电池箱的模态特性，得出了电池箱前六阶模态振型，为形貌优化中优化目标的确定提供了依据。进行了定频振动特性仿真分析，得出了顶盖的应力云图，为与优化后模型动态特性的对比提供了参考依据。本文介绍了一种加强筋结构优化的研究方法。首先，应用优化设计方法，以顶盖的第一阶固有频率最大为优化目标,利用Hyperworks中的优化设计模块，对去掉加强筋的电池箱顶盖模型进行了形貌优化，通过设置不同的加强筋模式组合，得出了四种新的顶盖模型。其次，通过对这四种模型进行模态分析和定频振动分析，并比较结构改进前后电池箱动静态特性分析结果确定加强筋的优化结构。最后,选择不同的起筋角度对优化后的顶盖重新进行模态和定频振动分析，通过比较分析结果确定出最终的优化结构。本文利用基于有限元理论CAE分析和优化方法合理改进了某企业现有的电池箱结构，提高了电池箱顶盖的固有频率，电池箱的动态特性在一定程度上也得到了改善。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-18
  1.1 论文研究的背景及意义  13-14
  1.2 加强筋结构优化的研究现状  14-16
  1.3 本文研究的主要内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第2章电池箱有限元模型的建立  18-27
  2.1 有限元理论知识  18-21
    2.1.1 有限元方法的基本思想及特点  18-19
    2.1.2 有限单元法的分析过程  19-20
    2.1.3 电池箱有限元分析的主要任务  20-21
  2.2 电池箱有限元模型建立  21-26
    2.2.1 电池箱等三维几何模型  21-23
    2.2.2 箱体材料的选取和各部件的厚度  23-24
    2.2.3 单元划分和质量控制  24-25
    2.2.4 模型的装配  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章电池箱动静态特性分析  27-37
  3.1 动静态特性分析分类  27
  3.2 电池箱静态特性分析  27-30
    3.2.1 结构静力分析基础  27-29
    3.2.2 静态分析工况  29
    3.2.3 计算结果及分析  29-30
  3.3 电池箱模态特性分析  30-32
    3.3.1 电池箱模态分析基础理论  30-31
    3.3.2 电池箱模态计算结果与分析  31-32
  3.4 电池箱定频振动分析  32-36
    3.4.1 电池的模拟及与箱体接触的定义  32-34
    3.4.2 定频分析的基本理论  34-35
    3.4.3 定频振动计算边界条件  35
    3.4.4 定频振动仿真顶盖计算结果  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章电池箱顶盖加强筋研究  37-60
  4.1 加强筋的设计原理及设计准则  37-39
    4.1.1 加强筋的设计原理  37-38
    4.1.2 加强筋的设计准则  38-39
  4.2 形貌优化理论  39-43
    4.2.1 形貌优化的设计变量  39-40
    4.2.2 形貌优化的响应  40-41
    4.2.3 形貌优化的原理  41-43
  4.3 电池箱顶盖形貌优化  43-56
    4.3.1 形貌优化前处理及计算  43-45
    4.3.2 形貌优化结果及新模型的特性  45-56
  4.4 加强筋起筋角度的选择  56-59
  4.5 本章小结  59-60
总结与展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65

基于动静态特性的电动汽车电池箱体加强筋结构优化研究

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