[发明专利]基于有限元方法的汽车电池箱结构设计方法

权利要求书

1.一种基于有限元方法的汽车电池箱结构设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立现有托盘的三维模型，在有限元软件中进行弯曲和扭转仿真实验，确定托盘最优截面形式；在Hypermesh软件中的optistruct模块内依据现有的多款电池托盘建立对应的数学模型；

向各数学模型施加相同的弯矩，观测得最大位移出现在中部位置、最大应力出现在受约束边角处；

向各数学模型施加相同的扭矩，观测得最大位移和最大应力均出现在受到约束的边角；

即托盘所包含的各边梁的最优截面形式为L型截面；

对确定的最优截面进行优化，具体步骤为：

在catia软件中建立L型截面的边梁的三维模型后导入Hypermesh软件中划分单元网格，选择六面体网格，设定实体网格的边长为4mm，材质选用铝合金Al-S-6000，边梁的优化区域为外轮廓内4mm区域，创建位移约束及质量约束，其中位移约束上限为0.1mm，下限为-0.1mm，目标函数设定为质量响应，进行优化分析，得到最优截面；

步骤二、建立托盘和电池包的三维模型，托盘截面为步骤一中所确定的最优截面，利用有限元分析软件进行流固耦合仿真分析，改进托盘内的流道设计；将托盘在ANSYS MESHING模块中划分网格，设定最小网格大小为1.0mm；在流体表面设置生长率为1.2的五层边界层网格，入口设置为质量流量，数值指定为0.37972，初始温度设为300K，出口类型设置为outflow，电池包发热速率设置为50000W/m²，求解方法选择为SIMPLE，求解控制中energy修改为0.8，监视器设定为残差控制，初始化方法设置为标准初始化；初始化之后，设定求解迭代步数为200进行求解；获得两进两出四流道式的全新水冷流道；

步骤三、建立内设电池包的电池箱模型并导入有限元分析软件中进行刚强度分析；利用UG软件建立、导出电池箱的三维模型，电池箱包括上盖板、托盘、加强横梁、水冷流道、展台、吊耳和绝缘板；

将三维模型导入Hypermesh中对各部件进行壳网格划分，指定表面四边形网格尺寸按10mm划分，控制其壳单元的公式选择2号Belyschko单元，设置厚度方向3个积分点；

将水冷流道的模型选为各向同性弹塑性材料MAT12，并设置水冷流道的密度、杨氏模量、泊松比和屈服强度；

将上盖板、托盘、加强筋、展台、吊耳和绝缘板设定为各向异性弹塑性材料MAT37，并设置各部件的密度、杨氏模量、泊松比和屈服强度；

电池包顶部与上盖板、加强横梁之间采用螺栓连接，螺栓连接采用刚性1D单元进行模拟；电池包底部与托盘、加强横梁和吊耳采用焊点连接，焊点连接采用spot-1d单元进行模拟；电池包材料模型选用MAT1，焊点材料采用MAT100作为材料模型；

以汽车扭转以及颠簸情况下进行急刹车、急转弯、倒车制动四个工况向模型施加载荷进行模拟，验证各工况下电池箱的刚强度性能；

步骤四、对电池箱模型进行拓扑优化和尺寸优化，获得最优的尺寸和截面形式。

2.如权利要求1所述的基于有限元方法的汽车电池箱结构设计方法，其特征在于：在所述步骤四中，对加强横梁进行结构优化，

首先在HyperMesh前处理软件，对电池包有限元模型中的加强横梁进行相关拓扑优化卡片与参数的定义，并将定义后的电池包整体模型以.fem格式导入到Optistruct优化软件中进行分析计算；其中，目标函数定义为加强横梁的体积分数；约束响应定义为电池包各结构件在各工况下作用下的应力应变值与各阶模态下的固有频率值，设计变量则定义为加强横梁中所有的侧端部位；

然后进行多次迭代分析计算，求得的拓扑优化结果；

再将经拓扑优化后得出模型利用HyperMesh前处理软件中的OSSmooth工具以.iges的格式输出，并将其导入到CATIA几何建模软件中对拓扑后加强横梁的几何特征进行修整，得优化后的加强横梁。