本文關(guān)鍵詞：電動汽車動力電池箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計　出處：《北京理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文在汽車輕量化的大背景下,以某電動汽車動力電池箱為研究對象,基于有限元理論,綜合運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化技術(shù),對動力電池箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計,提高其動靜態(tài)綜合性能并且實現(xiàn)輕量化。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:首先,基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法基本理論,建立了動力電池箱有限元分析模型。分析總結(jié)了有限元建模過程中的關(guān)鍵技術(shù),如模型簡化、幾何清理、網(wǎng)格劃分規(guī)律及網(wǎng)格質(zhì)量控制指標(biāo)等,并針對焊接和螺栓連接等機(jī)械連接方式,對比討論了其常用的模擬方式,最終建立了網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的有限元模型。其次,利用有限元分析方法對動力電池箱模態(tài)特性和靜態(tài)特性進(jìn)行分析。計算了電池箱的前六階自由模態(tài)及約束模態(tài),并對其模態(tài)特性進(jìn)行了分析與評價;計算了電池箱在垂向顛簸、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)制動、倒車制動五種典型載荷工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形情況,并對其靜態(tài)特性進(jìn)行了分析與評價。然后,運(yùn)用連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法,對動力電池箱進(jìn)行確定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。針對單區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料分布不理想的問題,利用多區(qū)域拓?fù)鋬?yōu)化方法,提出四種分區(qū)方案,并分別進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)、多目標(biāo)多區(qū)域拓?fù)鋬?yōu)化。動態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化以提高結(jié)構(gòu)前五階固有頻率為目標(biāo);靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化以提高結(jié)構(gòu)在五種典型載荷工況下的剛度為目標(biāo);動靜態(tài)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化以同時提高結(jié)構(gòu)剛度和固有頻率為目標(biāo),實現(xiàn)同時改善結(jié)構(gòu)動靜態(tài)性能的目的。最后,對動力電池箱進(jìn)行穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。提出了基于稀疏網(wǎng)格技術(shù)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計方法,并在概率論的基礎(chǔ)上,將穩(wěn)健設(shè)計問題的目標(biāo)函數(shù)處理成目標(biāo)性能均值與標(biāo)準(zhǔn)差的線性加權(quán)組合。針對三種精度等級情況,對電池箱進(jìn)行了穩(wěn)健拓?fù)鋬?yōu)化計算,同時應(yīng)用形貌優(yōu)化技術(shù),綜合考慮加工工藝性要求,提出了兩種加強(qiáng)筋布置方案,并重構(gòu)模型,通過與動力電池箱原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行動、靜態(tài)性能對比,結(jié)果表明兩種新結(jié)構(gòu)在提高電池箱動、靜態(tài)性能的同時實現(xiàn)了輕量化,減重達(dá)7~10%。
[Abstract]:In this paper, under the background of automobile lightweight, taking a power battery box of an electric vehicle as the research object, based on the finite element theory, the topology optimization and morphology optimization technology are used synthetically. Robust optimization design of power battery box structure is carried out to improve its dynamic and static performance and achieve lightweight. The main research contents and conclusions are as follows: firstly, based on the basic theory of topology optimization method of continuum structure. The finite element analysis model of power battery box is established, and the key technologies in the process of finite element modeling are analyzed and summarized, such as model simplification, geometric cleaning, mesh division rule and mesh quality control index, etc. According to the mechanical connection such as welding and bolt connection, the common simulation methods are compared and discussed. Finally, the finite element model of mesh quality is established. Secondly, the finite element model is established. The modal and static characteristics of power battery tank are analyzed by finite element method. The first six free modes and constrained modes are calculated, and the modal characteristics are analyzed and evaluated. The stress and deformation of the battery box under five typical load conditions, such as vertical jolt, left turn, right turn, forward brake and reverse braking, are calculated, and its static characteristics are analyzed and evaluated. The deterministic topology optimization design of power battery box is carried out by means of continuum structure topology optimization method. In order to solve the problem that the material distribution of single area topology structure is not ideal, the multi-region topology optimization method is used. Four partition schemes are proposed, and dynamic, static, multi-objective and multi-region topology optimization is carried out respectively. The dynamic topology optimization aims at increasing the first five natural frequencies of the structure. The aim of static topology optimization is to improve the stiffness of the structure under five typical load conditions. Dynamic and static multi-objective topology optimization aims at increasing the stiffness and natural frequency of the structure at the same time to achieve the purpose of simultaneously improving the dynamic and static performance of the structure. Finally. A robust optimization design method based on sparse grid technology is proposed and based on probability theory. The objective function of the robust design problem is treated as a linear weighted combination of the mean value and standard deviation of the target performance, and the robust topology optimization calculation of the battery box is carried out according to the three classes of accuracy. At the same time, using the topography optimization technology, considering the processing technology requirements, two reinforcement arrangement schemes are proposed, and the model is reconstructed, through the dynamic and static performance comparison with the original structure of the power battery box. The results show that the two new structures can improve the dynamic and static performance of the battery box and achieve lightweight, and the weight loss can be as high as 71010.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72

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本文編號：1415512