电池箱安装点静刚度分析

电池箱是一种用于存放电池组的容器，主要对电池起支撑和保护作用。近几年，新能源汽车越来越普及，随之而来的问题是当内置的电池组发生碰撞后易起火甚至爆炸，严重危害车内乘客的生命财产安全。电池箱是保护电池组安全性的重要结构。电池箱的刚度和强度，直接关系到电池组受碰撞程度，从而影响新能源汽车的整体安全性。本案例使用Simhub结构静力分析模块对电池箱安装点的静刚度进行仿真分析，以确保电池组在行车过程中的安全性，并为电池箱结构的进一步优化设计提供数据支撑。

电池箱物理性质¶

电池箱主体结构由上盖和下盖组成，用合适的方式将二者连接，以维持箱体的稳定从而保护内部电池。电池箱对电池组的保护作用体现在以下几个方面，如：帮助电池通风散热、使电池绝缘与防水、保护电池免受撞碰等。本案例主要讨论电池箱是如何保护电池免受碰撞的。

电池箱

为了使电池免受碰撞，需要减小箱体受冲击时的变形，以防挤压内部电池从而导致电池起火。因此，测试箱体在冲击载荷下的刚度十分重要。这里我们将冲击载荷等效为静载荷，通过测试电池箱的静刚度，以检验电池箱在遇到突发情况下的安全性。

在仿真过程中，我们主要分析电池箱在设计载荷作用下的变形大小。设计要求电池箱各安装点的z向刚度Kz≥2000N/mm。

建模仿真流程¶

电池箱的静刚度测试可以视为结构静力分析问题，因此选择Simhub里面的结构静力分析模块进行仿真测试。

模型导入¶

Simhub平台为简化仿真流程，暂不支持几何建模功能。因此，本案例使用客户提供的STEP格式几何模型，导入Simhub的结构静力分析模块进行仿真。

电池箱模型，左图为上盖，右图为下盖

材料性能¶

材料性能对于计算结果的准确性至关重要。本案例中，电池箱的制造材料为ZL114铝合金，其材料参数如下表所示：

材料	密度（kg/m3）	弹性模量（GPa）	泊松比	屈服强度（MPa）	抗拉强度（MPa）
ZL114	2680	70	0.33	230	290

网格设置¶

因为电池箱模型几何复杂，在保证数值收敛性的同时为减少运算时间，在网格设置中将二阶单元改为一阶。

网格剖分设置

边界条件¶

电池箱通过螺栓连接上下箱体，在本案例中可将其简化为固定连接。根据模型简化，在一个安装点上施加1000N的集中力；同时在其他安装点上施加固定约束。

安装点边界条件

结果研究¶

为了研究电池箱的静刚度，在给定集中力载荷的情况下需要查看结构的变形大小。在计算完成后，右键点击模型下方的子节点可以切换至位移结果。

切换显示物理量

通过查看位移结果可以发现，在1000N的集中力载荷下最大位移约为0.1mm。相较于宽度为0.1m的电池箱而言，该变形量仅为结构尺寸的0.1%，不会影响内部电池组的安全性。此时电池箱的z方向静刚度：Kz=1000/0.07282N/mm=13732.49N/mm。若要放大查看结构的变形，可在上方结果设置里调整合适的缩放系数。

位移云图

观察切面图可见，由于电池箱内部是中空结构，在集中力载荷作用下易发生变形。由此分析可知，增加电池箱的刚度可采用以下2种方式： 1、增加上下表面厚度； 2、在电池箱内部布置加筋梁。

变形切面

为了测试不同部位的静刚度，选择多个不同位置的安装点进行仿真。

不同位置安装点变形情况

观察各安装点的结果，发现最大位移分别为7.025x10^-2mm和3.378x10^-2mm。由此可见，电池箱各安装点的z方向静刚度均不小于13929.52N/mm，整体满足kz≥2000N/mm的设计要求。

结语¶

本案例介绍了如何利用Simhub的结构静力分析模块研究电池箱的静刚度问题。Simhub结构分析模块还支持许多其他分析类型，功能涵盖结构模态、预应力模态、谐响应及瞬态动力学分析等，欢迎大家探索和使用，并给我们的软件提出宝贵的改进意见。

下面是相关工程文件。模型复杂，如遇卡顿还请耐心等待。
https://dev.lan.iadiae.com/app/gallery/main.html?uuid=Gd3-Q2JRMyrkrXzzPaLqBZXu