论文--基于Abaqus的蓄电池位移分析

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1、任家庆，王素：功能梯度材料零件定向多目标优化算法的研究基于Abaqus的蓄电池位移分析摘要：本文阐述了有限元静力分析基础理论，运用Abaqus软件对蓄电池进行位移分析，计算求解其在车辆行驶的极限工况下的最大位移，以便考核蓄电池与托盘之间是否发生磕碰干涉。同时对比后续样车耐久路试结果，仿真分析与试验吻合度高，从而验证了仿真分析的可行性，并形成一套可行性技术流程，为后续车型零部件位移分析提供技术积累。关键词：Abaqus；静力分析；位移分析中图分类号：U463.833；TB115.1文献标识码：BThedispla

2、cementanalysisofthebatterybasedonAbaqusAbstract:ThepaperexpatiatesonthebasictheoryofFEMstaticanalysis,andanalyzesthedisplacementofthebatterybasedonAbaqus,thencalculatesthemaximumdisplacementundermissionsloadandmakessuretheinterferencebetweenbatteryandotherpa

3、rts.Theresultsofdisplacementvirtualanalysiscontrasttodurabilitytestaresame,therebytheyvalidatethatdisplacementanalysisofbatteryaredoable.Sothepaperbuiltaactiveflowandsupplytechnologytothedisplacementanalysisofthewholevehicle.Keywords:Abaqus;staticanalysis;di

4、splacementanalysis4胡海欧：基于Abaqus的蓄电池位移分析0引言在当今的汽车工业中，国内外各大整车制造企业越来越重视汽车在极限工况下因疏忽各部件的运动位移而导致汽车零部件相互干涉的问题。按照传统的方法，汽车企业对于新车型运动干涉的评估都是利用实车在台架或各道路试车场进行测试，该方式虽然是最直接且最准确的，但测试时间十分冗长且耗费人力与物力，即使发现了问题，再去优化设计，势必会延长车型的开发周期，增加经济成本，从而削弱产品在市场上的竞争力。针对上述问题，运用基于有限元理论的数值分析方法即可以在

5、物理样车试制前对零部件的运动量进行评价，减少部件干涉风险，从而缩短产品开发周期，提高市场竞争力。Abaqus以其强大的非线性模拟仿真技术广泛应用于汽车行业结构强度CAE分析中。经过40多年的发展，Abaqus已是虚拟产品开发环境中最主要的核心产品，为用户提供功能全面、多学科集成的虚拟产品解决方案，成为在各个领域用户群最多、应用最为广泛的有限元分析软件。1Abaqus静力分析基础理论Abaqus求解器支持多学科及其高性能分析，包括静力、动力学、热力学、屈曲、振动、灵敏度分析及优化设计等，本文仅调用Abaqus进行

6、静力计算，前后处理运用Abaqus/CAE相关模块。Abaqus静力分析基础理论可以概括成以下几点[1]：1）离散化连续体离散化是有限元分析的前提和基础，所谓离散化，则是将求解对象划分为有限的微小块体（单元），这些单元通过节点相互连接，载荷通过这些节点在相邻单元间相互传递。2）位移函数在分析过程中，求解对象的位移、应变、应力通过节点位移来描述，一般假定单元位移是坐标的某种简单函数，位移函数如下：（1.1）其中为单元中任何一点的位移矩阵，为形函数矩阵，为节点位移矩阵。3）有限元单元力学特性根据几何方程，由公式（1

7、.1）可以导出应变和节点位移关系函数：（1.2）其中为单元应变矩阵，为形函数矩阵。根据物理方式，由公式（1.2）得出如下节点位移和单元应力的关系函数：4胡海欧：基于Abaqus的蓄电池位移分析（1.3）其中为单元应力矩阵，为材料弹性矩阵。由虚功原理可以建立平衡方程，即（1.4）其中为单元刚度矩阵，为载荷刚度矩阵。4）节点载荷计算在弹性体结构被离散后，假定各向载荷是通过节点从一个单元传递到与其相邻的单元。但对于连续体，各向载荷是从单元的公共边界传递到相邻单元，于是可以根据虚功等效原理[2]，将作用在单元上的各向载

8、荷等效移植到节点上去，从而，可以快速地完成节点载荷计算。5）结构平衡方程的建立力学特性方程建立后，通过组装可以导出总刚度矩阵和总载荷矩阵。在工程实践中，运用引入单元节点自由度和结构节点自由度的转换矩阵，即：（1.5）将公式（1.5）代入至（1.4）中，两边同时乘以，可以导出：（1.6）由虚功原理及其最小势能原理可以导出结构的平衡方程：（1.7）其中结构的总刚度矩；总载荷矩阵，为整体节点