基于MeshFree的新能源电池包模态与强度分析

  本文针对新能源汽车动力电池包的简化结构，使用MeshFree软件对其进行CAE仿真分析，并与传统FEM软件OptiStruct、Abaqus的分析结果进行对比。

  电池包的简化结构如上图，主要由模组、箱体支架、箱体托盘以及加强梁等部件组成。本文使用MeshFree软件对电池包的三个项目进行分析（模态分析、自重工况分析、随机振动分析），各分析约束部位均为电池包与车身连接螺栓。

  将电池包三维数据导入MeshFree，给各部件赋予材料（材料参数均为自己设置，未对应实际材料），使用自动接触工具建立各部件的焊接接触，并根据各个部件的基本尺寸，对其设置不同的结构化网格参数。

1.      模态分析

将前面的约束应用到模态分析工况中，并设置模态求解控制参数，得到MeshFree的一阶模态结果为32.7 Hz：

  将同样的三维模型用Hypermesh划分网格，然后将网格模型分别用Optistruct和Abaqus两个求解器计算，得到的一阶模态分别为：Optistruct：32.5 Hz；Abaqus：31.7 Hz。具体结果可以参见附件文档。

2.      自重工况分析

将前面的约束应用到线性分析工况中，并设置自重作为载荷：得到线性分析的最大位移为0.35 mm，发生在箱体托盘侧边；最大应力为19.8 MPa，发生在箱体托盘底部。

   Optistruct和Abaqus的具体结果可以参见附件文档。

3.      随机振动工况分析

   随机振动工况是新能源动力电池GB里明确要求的项目，对整个电池包的疲劳耐久评判具有重要意义。

将前面的约束应用到的模态随机响应工况中，并在与车身连接螺栓上设置1个重力加速度的扫频激励：

   然后设置模态随机响应的分析控制参数，如下图：

最后，按最新国标要求设置功率谱密度，如下图：

MeshFree软件分析后得到的结果如下：

Optistruct和Abaqus的具体结果可以参见附件文档。

4.      结论与建议：

（1）本文主要目的是试用和体验MeshFree软件，将MeshFree与传统FEM软件从模态、静力和随机振动三个方面进行了对比分析，暂未对MeshFree计算精度进行详细研究。由于时间仓促，文中操作如有不妥欢迎指正。

（2）MeshFree省去了网格前处理的大量工作，操作界面也比较人性化。另外，与传统有限元软件一样，MeshFree的精度也与网格尺寸有较强的相关性。一个部件应该使用何种网格尺寸，对没有CAE基础的结构工程师来说，需要做一些收敛性分析。

（3）MeshFree目前尚不能进行电池包的挤压、球击等大变形的分析，期待后续的更新完善。

基于MeshFree的新能源电池包模态与强度分析.pdf