[发明专利]一种混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统及其设计方法

权利要求书

1.一种混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统，其特征在于：包括电池防护悬架(1)、电池模块(2)及混合负泊松比结构内芯(3)；所述电池模块(2)安装在所述电池防护悬架(1)内；所述电池防护悬架(1)由混合负泊松比结构(3)内芯填充，所述混合负泊松比单胞结构沿平行边方向、垂直于平行边方向和垂直于所述混合负泊松比结构(3)截面方向上进行阵列堆叠而成，所述混合负泊松比结构(3)包括外凸六边形蜂窝单胞结构和内凹蜂窝单胞结构；所述外凸六边形蜂窝单胞结构为六边形结构，其两个底边平行；所述内凹蜂窝单胞结构包括两个平行的底边，两底边与所述外凸六边形蜂窝结构的在同一水平线上，两对称斜边向内倾斜；所述混合负泊松比结构(3)由所述外凸六边形蜂窝单胞结构和内凹蜂窝单胞结构组合而成，两种单胞结构的斜边重合，底边在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统，其特征在于：所述电池模块(2)为八个，每相邻两个所述电池模块(2)之间设置所述电池保护悬架(1)，八个电池模块(2)构成的电池外围设置四根所述电池防护悬架(1)，形成长方体结构。

3.一种基于权利要求1所述的混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的设计方法，其特征在于：包括步骤：

1)选取所述混合负泊松比形状参数作为设计变量，建立混合负泊松比结构内芯的参数化模型；建立模型时，选取混合负泊松比结构元胞胞壁间的夹角、胞壁的厚度、胞壁的长度、薄壁的宽度作为设计变量，利用负泊松比结构元胞设计变量之间的参数关系来建立参数化模型；

2)利用所述电池保护悬架的有限元模型建立所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的参数化模型；将所述混合负泊松比结构内芯和所述电池保护悬架的参数化模型进行组合建立所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的参数化模型；所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的参数化模型通过所述混合负泊松比结构内芯设计参数、所述电池保护悬架厚度参数的快速改变实现，从而建立所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的有限元性能分析模型；

3)结合所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统的参数化模型、拉丁超立方实验设计方法和响应面模型建立所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护体统的响应面模型；

利用多目标遗传优化算法NCGA对所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统响应面模型进行多目标优化，所述多目标优化问题的数学模型为：

Minimize f_m(x),m＝1,2,…,M

Subject to g_j(x)<＝0，j＝1,2,…,J

h_k(x)＝0k＝1,2,…,K

X_i^(L)<＝X_i<＝X_i^(U),i＝1,2…,n

其中，X_i为第i个设计变量，n为设计变量总数，X_i^(L)和X_i^(U)分别为第i个设计变量取值的下限和上限；f_m(x)为第m个子目标函数，M为子目标函数的总数；g_j(x)为第j个不等式约束条件，J为不等式约束的总数；h_k(x)为第k个等式约束条件，K为等式约束的总数。

4.根据权利要求3所述的混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统设计方法，其特征在于：还包括验证步骤，具体为：

选取所述混合负泊松比结构内芯汽车电池保护系统最优设计并进行验证；选取吸收能量和质量为优化目标，1/E_max、1/E_min为Pareto最优解集中目标函数系统吸收能量最大值和最小值的倒数；m_max、m_min为Pareto最优解集中目标函数结构质量的最大值和最小值，在区间内折中选取最优解，建立有限元模型进行碰撞仿真进行验证。