動力電池模組振動疲勞分析規(guī)范范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了純電動和混合動力類新能源汽車動力電池模組振動疲勞分析規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)適用于動力電池模組頻域法振動疲勞分析，建立準(zhǔn)確的有限元模型，統(tǒng)一建模方法和模態(tài)分析。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法Q-XXXX02.413—2016電池模組模態(tài)分析規(guī)范ISO12405-2電動汽車鋰電池組和系統(tǒng)測試規(guī)范術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。電池單體batterycell構(gòu)成動力電池塊的最小單元，一般由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及外殼等構(gòu)成，可實現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的直接轉(zhuǎn)換。電池并聯(lián)單元powerbatteryblock一組并聯(lián)的電池單體組合，該組合額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結(jié)構(gòu)和電路上連接起來的最小分組，可作為一個單元替代。電池模組powerbatterymodule由電池單體或電池并聯(lián)單元組成的其中存在串聯(lián)的裝配單元。疲勞fatigue材料、零件和構(gòu)件在循環(huán)加載下，在某點或某些點產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展直到完全斷裂的現(xiàn)象。振動疲勞Vibrationfatigue損傷結(jié)構(gòu)在外部激勵作用下，振動和疲勞裂紋的擴(kuò)展同時進(jìn)行，兩者之間相互作用不僅影響工程結(jié)構(gòu)的正常工作，還將嚴(yán)重地影響結(jié)構(gòu)的安全可靠性。疲勞裂紋擴(kuò)展引起的振動非線性對振動疲勞壽命具有重要影響，而且研究疲勞裂紋擴(kuò)展與非線性響應(yīng)之間的關(guān)系有助于發(fā)展結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展健康監(jiān)測技術(shù)。迄今，學(xué)術(shù)界和工程界對振動疲勞的理解還沒有形成共識，振動疲勞涉及結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，所以對其準(zhǔn)確定義十分困難。頻域frequencydomain頻域是描述信號在頻率方面特性時用到的一種坐標(biāo)系。橫軸是頻率，縱軸是該頻率信號的幅度。頻譜圖描述了信號的頻率結(jié)構(gòu)及頻率與該頻率信號幅度的關(guān)系。頻域法振動疲勞分析Vibrationfatigueanalysisinfrequencydomainmethod使用頻域的PSD曲線作為加載曲線，從而進(jìn)行振動疲勞分析的方法；相對應(yīng)的，使用具有一定頻域特性的時域曲線進(jìn)行分析的稱為時域法振動疲勞分析。兩種分析中，頻域加載曲線可通過時域曲線進(jìn)行傅里葉變換得到。分析流程數(shù)據(jù)準(zhǔn)備進(jìn)行頻域法動力電池模組振動疲勞分析之前，需提前準(zhǔn)備如下數(shù)據(jù)：表1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備序號數(shù)據(jù)名稱頻率范圍Hz數(shù)據(jù)格式備注1模態(tài)分析結(jié)果5-200Op22X向激勵頻響結(jié)果5-200Op23Y向激勵頻響結(jié)果5-200Op24Z向激勵頻響結(jié)果5-200Op25X向PSD載荷5-200CSVGB/T31467.36Y向PSD載荷5-200CSVGB/T31467.37Z向PSD載荷5-200CSVGB/T31467.3讀取結(jié)果使用new命令建立振動疲勞分析工程后，將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)放入工作目錄，刷新后可以在軟件中看到準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)結(jié)果，如圖所示；其中文件夾按鈕為工作目錄設(shè)置按鈕，雙循環(huán)箭頭按鈕為刷新按鈕。更改工作目錄刷新更改工作目錄刷新按鈕圖1讀取結(jié)果查看結(jié)果使用鼠標(biāo)點擊FRF數(shù)據(jù)結(jié)果并拖拽至工作區(qū)，如圖所示，點選Disp，可以看到顯示FRF模型。圖2查看FRF結(jié)果同樣的操作將PSD載荷拖拽入工作區(qū)，如圖所示；在右方菜單區(qū)點選Display欄中XYDisplay，并拖入工作區(qū)；點選MultiColumnInput框中Multi-ColumnOutput標(biāo)志并連接到XYDisplay框中Multi-ColumnInput標(biāo)志，兩個標(biāo)志顏色相同，不易連錯；點選主工具欄中RUN按鈕，將顯示PSD載荷譜形狀。圖3查看PSD結(jié)果振動疲勞分析4.4.1分析建模點選右側(cè)菜單欄中DesignLife中VibrationCAEFatigue模塊并拖入工作區(qū)，然后點選Display欄中FEDisplay和DataVakyesDisplay拖入工作區(qū)；如圖所示連接VibrationCAEFatigue模塊與輸入輸出模塊之間的關(guān)系，主要為輸入頻響結(jié)果和載荷PSD結(jié)果，并輸出有限元計算譜圖和詳細(xì)的單元疲勞計算結(jié)果表格。圖4振動疲勞建模4.4.2材料S-N曲線設(shè)置在VibrationCAEFatigue模塊圖標(biāo)上點鼠標(biāo)右鍵，選擇EditMaterialMapping選項，在彈出的對話框中選擇YES，出現(xiàn)如圖所示界面。如果進(jìn)行分析所需要的材料S-N曲線已存在軟件數(shù)據(jù)庫中，可直接選擇該曲線；如該曲線不存在，可選擇Generate建立新的材料S-N曲線。軟件支持使用UTS等參數(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)S-N曲線，E-N曲線等。圖5材料S-N曲線設(shè)置4.4.3載荷設(shè)置在VibrationCAEFatigue模塊圖標(biāo)上點鼠標(biāo)右鍵，選擇EditLoadMapping選項，在彈出的對話框中選擇YES，出現(xiàn)如圖所示界面。在主界面中PSDAcceleration處點擊鼠標(biāo)右鍵并選擇，之后選擇OK結(jié)束載荷設(shè)置。圖6載荷設(shè)置4.4.4求解方法設(shè)置在VibrationCAEFatigue模塊圖標(biāo)上點鼠標(biāo)右鍵，選擇Properties選項，出現(xiàn)如圖所示界面。其中AnalysisGroup_shellLayer選擇Top，AnalysisGroup_SolutionLocation選擇AveragedNodeOnElement，AnalysisGroup_StressUnits選擇Mpa；SNEngine_CertaintyOfSurvival選擇50，SNEngine_CombinationMethod選擇AbsMaxPrincipal，SNEngine_MeanStressCorrection選擇None；VibrationLoad_LoadingMethod選擇PSD，VibrationLoad_PSDCycleCountMethod選擇Dirlik。點選OK返回主界面。圖7求解方法設(shè)置4.4.4提交計算選擇主工具欄中RUN按鈕提交計算。圖8提交計算計算結(jié)果顯示及評價點擊FEDisplay或DataValueDisplay中右上角按鈕，可將結(jié)果放大至工作區(qū)滿屏；選擇快捷鍵F9，可將工作區(qū)放大至滿屏；圖形的放大主要為更方便的觀察計算結(jié)果服務(wù)。FEDisplay窗口中可以單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Properties選項更改圖形顯示范圍，顏色等；DataValueDisplay窗口中可通過點選任意列進(jìn)行升序或降序的計算結(jié)果排序，有利于查看存在風(fēng)險的計算結(jié)果。計算結(jié)果可用標(biāo)準(zhǔn)要求的21h衡量，考慮到CAE計算的誤差（由材料S-N曲線，阻尼比等參數(shù)不能準(zhǔn)確獲得），一般可設(shè)置2-3倍安全系數(shù)，即2e5second以上；一般認(rèn)為計算結(jié)果在2