考虑响应面的电动汽车电池箱等刚度及轻量化研究

摘要

汽车是现代文明的产物，汽车的发展也伴随着人类社会的担忧:能源短缺和环境污染。电动汽车的发展在逐步推进。虽然电动汽车近二三十年来发展迅速，但是还是存在着一些技术难题，如电池、电机控制等技术，这些技术无法突破导致电动汽车安全性差、稳定性低、成本高、续驶里程短。因此，在关键技术突破之前，针对电动汽车开展轻量化研究具有理论和实际的重要意义。
　　电池箱是承载电池组的载体，对于电池组的安全和防护有着重要的作用。目前电池箱普遍采用钢组合焊接而成，整体质量偏重，对电池箱进行保证结构性能的前提下的轻量化研究，可以增加电动车的续驶里程。
　　以往的研究中，普遍只是对电池箱的结构进行优化，对于考虑响应面的电池箱的等刚度研究较少，因此，论文以国家国际科技合作专项项目(2014DFA80440)为依托，对某款电动汽车电池箱进行研究，运用等刚度理论对考虑响应面的电池箱进行材料替换轻量化研究。
　　本文建立了电池箱的三维实体模型和有限元模型，为后续的性能分析打好基础，运用有限元分析软件分析了电池箱在颠簸工况、急转弯、急刹车等三种工况下的性能及模态，根据分析结果选择了适合轻量化的电池箱零部件。为了说明材料替换的合理性，本文提出了材料指数的概念，根据等刚度理论的近似公式，计算得到电池箱零部件进行材料替换后的厚度值的范围。
　　为了进一步分析优化，本文根据电池箱颠簸工况、急转弯、急刹车及模态工况的刚度值，建立了电池箱质量、刚度及模态关于厚度的响应面模型，用来代替原有的有限元模型参与优化。以电池箱的质量和模态频率作为目标函数，三种工况的位移作为约束条件，开展多目标优化求出最优解，对优化后的电池箱进行三种工况及模态频率的仿真分析验证，表明铝合金电池箱符合标准。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外电动汽车发展概况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．3 电动汽车电池箱研究概况

1．4 本文研究的背景及意义

1．5 本文的研究内容及论文结构框图

第二章 电池箱有限元模型的建立

2．1 引言

2．2 电池箱下壳体结构模型的建立

2．2．1 电池箱简介

2．2．2 设计要求

2．2．3 布置形式

2．2．4 电池箱下壳体结构的三维模型

2．3 电池箱有限元模型的建立

2．4 本章小结

第三章 电池箱性能分析

3．1 引言

3．2 电池箱的静力学分析

3．2．1 静力学分析理论简介

3．2．2 电池箱静态分析工况

3．2．3 电池箱静态分析结果

3．3 电池箱模态分析

3．3．1 模态分析理论简介

3．3．2 电池箱自由模态分析

3．3．3 电池箱约束模态分析

3．3．4 电池箱模态分析评价

3．4 本章小结

第四章 基于等刚度理论的轻量化方法

4．1 引言

4．2 材料选择分析

4．3 轻量化部件选材软件

4．3．1 软件编写目的

4．3．2 软件运行环境

4．3．3 软件总体设计

4．3．4 软件功能具体描述

4．3．5 软件使用说明

4．4 等刚度的材料替换理论

4．4．1 刚度相同的厚度选择

4．4．2 稳定性相同的厚度选择

4．5 等刚度条件下高强度钢替换普通钢

4．6 等刚度条件下铝合金替换普通钢

4．7 电池箱的初步仿真分析

4．8 本章小结

第五章 响应面近似模型的建立

5．1 引言

5．2．1 响应面法

5．2．2 响应面近似模型的建立方法

5．3 电池箱多项式近似模型的建立

5．4 本章小结

第六章 电池箱的多目标优化研究

6．1 引言

6．2 遗传算法和多学科优化介绍

6．3 电池箱的多目标优化

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况