纯电动汽车蓄电池在汽车碰撞事故中的力学安全性分析

【摘要】：良好的汽车被动安全性能够在汽车碰撞事故中对汽车本身和乘员起到有效的保护作用。电动汽车的被动安全性设计可以借鉴传统燃油汽车,但也有自己的特点:蓄电池作为电动汽车重要的部件,是电动汽车被动安全必须考虑的环节。本文首先探讨了有限元方法求解冲击动力学问题的关键理论,为高效的网格划分提供了理论依据。研究内容包括冲击问题求解控制方程的数值求解形式、接触非线性、材料在冲击碰撞问题中的本构模型等问题。在本文的具体仿真中,对焊点模拟、显式算法的步长控制、单元选择、沙漏控制等问题也进行了探讨。本文着重建立了高效的整车有限元模型,用于进一步的正面碰撞仿真分析。首先,我们通过对纯电动汽车白车身进行力学简化,重点考虑车身前部吸能结构和碰撞力传递路径,建立了电动汽车整车模型。然后,通过单元类型选择,单元尺寸和形状控制,焊点仿真定义,接触类型定义等工作建立了整车有限元模型。整车碰撞仿真时间被控制在了一小时以内。最后,按照中国新车评价规程(C-NCAP)中正面100%重叠的刚性墙碰撞试验工况,对模型进行了碰撞仿真。最终得出了与试验数据较为吻合的仿真结果数据,验证了整车有限元模型的有效性。基于有效的整车有限元模型,本文进一步研究了蓄电池在汽车碰撞过程中的力学安全性问题。一方面,我们重新设计了蓄电池架结构:通过增加蓄电池架斜拉杆的方法优化蓄电池架应力分布,有效限制了蓄电池在汽车碰撞过程中的翻滚和位移。另一方面,我们将热成型钢应用于前纵梁扩展部分,有效防止了结构在汽车碰撞过程中过大的压溃和弯曲变形。仿真结果显示:蓄电池的最大加速度和平均加速度大幅度减小,蓄电池对驾驶舱的侵入量减小为零,并且避免了严重的二次碰撞的发生。研究表明:新的设计提高了蓄电池在汽车碰撞事故中的力学安全性。 【关键词】：有限元法 蓄电池 模型有效性 高速碰撞 纯电动汽车 碰撞安全性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U467.14;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.1.1 传统燃油汽车的碰撞安全性9
• 1.1.2 电动汽车的碰撞安全性9-10
• 1.2 课题研究的目的和意义10-11
• 1.3 汽车碰撞安全性主要研究方法11-12
• 1.3.1 试验法11
• 1.3.2 数学分析法11-12
• 1.4 汽车碰撞仿真技术国内外研究现状12-15
• 1.4.1 碰撞仿真理论研究现状13-14
• 1.4.2 汽车整车碰撞仿真研究现状14
• 1.4.3 汽车零部件碰撞仿真研究进展14-15
• 1.5 课题研究内容和工作安排15-17
• 第2章 汽车碰撞仿真理论及正面碰撞模型研究17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 汽车碰撞仿真理论研究17-25
• 2.2.1 求解控制方程的数值求解形式17-18
• 2.2.2 结构有限元离散18-20
• 2.2.3 显式中心差分法求解及其步长选择20-21
• 2.3.4 ANSYS/LS-DYNA接触碰撞算法的实现21-22
• 2.2.5 材料本构模型的选择22-23
• 2.2.6 沙漏问题及其解决方法23-25
• 2.3 电动汽车正面碰撞有限元模型研究25-32
• 2.3.1 整车CAD模型的简化26-27
• 2.3.2 建立汽车正面碰撞模型27-29
• 2.3.3 材料模型及相关参数选择29-30
• 2.3.4 模型网格划分30-31
• 2.3.5 焊点模拟31-32
• 2.4 电动汽车有限元模型的有效性验证32-36
• 2.4.1 碰撞变形比较32-33
• 2.4.2 能量曲线分析33-34
• 2.4.3 加速度曲线比较与分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 电动汽车蓄电池架碰撞性能分析与优化37-45
• 3.1 引言37-38
• 3.2 电动汽车原始蓄电池架结构碰撞结果分析38-42
• 3.2.1 蓄电池架变形分析38-39
• 3.2.2 蓄电池架应力分析39-42
• 3.3 电动汽车蓄电池架结构优化42-44
• 3.3.1 优化方案42-43
• 3.3.2 仿真结果分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 电动汽车前部结构碰撞性能分析与优化45-52
• 4.1 引言45
• 4.2 原始结构仿真分析45-48
• 4.2.1 加速度曲线分析45-46
• 4.2.2 蓄电池侵入量曲线分析46-47
• 4.2.3 前部结构变形分析47-48
• 4.3 前部结构优化设计48-51
• 4.3.1 优化方案48-49
• 4.3.2 仿真结果分析49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58

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