电池组随机振动分析

电池组随机振动分析本例展示基于加速度功率谱密度曲线（ASD）的振动分析，即针对随机振动的结构有限元分析。1问题设定一块电池组，尺寸为70mmx175mmx400mm。该电池组的两端共有6个端点，分别受到垂直于电池组平面的激励作用，且激励的加速度功率谱密度曲线（ASD）相同。由于在随机振动基于线性动力学原理，因此电池，PC材料等采用实体建模，其他钣金采用壳单元建模，设定相关的fastener点焊单元，coupling耦合单元和tie约束，建立零件和零件之间相应的连接关系。两端随机振动所对应的ASD谱线如下图：本案例用到的附件包括：Battery1003-random-vibra.cae提取前10阶固有模态以及随机振动分析2分析过程一般来说，针对随机振动的分析包含两大步。第一步是在Abaqus中完成固有模态提取；第二步是基于固有模态进行随机振动分析，得到相关结果。2.1有限元模型准备需要强调的是，随机振动基于线性动力学原理，因此其建模过程要符合线性动力学相关方法的基本要求。2.1.1几何处理在CAD软件中进行简单处理后，导入Abaqus中，需要对零件进行几何清理和修复，删除不必要的细节特征，其中最重要的是：在abaqus中对需要进行点焊的钣金进行参考点的标注，用于后面步骤中快速识别和定义点焊单元。先对点焊区域进行必要的剖分，然后在剖分的分割线上，分别定义4个参考点，并把所有参考点定义为基于Geometry的两个set：Set-fastener-n和Set-fastener-p。2.1.2赋予材料属性根据不同材料电池，PC，橡胶，钣金等赋予相应的材料参数，如下图所示：2.1.3模型装配在Abaqus中装配的模型，通在CAD软件中装配位置关系完全一致。如果在CAD软件中已经装配即可。这里由于单个电池芯模型一致，因此为减小前处理工作量，在Abaqus中对单个电芯进行阵列处理，后期只需要分析修改单个电芯模型，整个装配体所有电芯模型自动更新。2.1.4定义相互作用根据模型需要，定义相关的点焊，连接关系，接触关系和耦合约束等等。如下所示：定义fastener点焊单元：定义coupling耦合约束：定义tie约束：定义Generalcontact：本随机振动分析中，无接触相关定义。2.1.5网格划分根据模型尺寸，选取合适的单元尺寸和网格类型，进行相关网格划分。2.2随机振动计算2.2.1定义模态提取分析步在Abaqus/CAEstep模块，点击createstep，在Proceduretype中选择Linearperturbation，选择Frequency，点击Continue….进入EditStep之后，在Numberofeigenvaluesrequested中输入Value为10即可，其他采用缺省设置。即提取模型前10阶固有模态。2.2.2定义随机振动分析步紧接上述步骤，在Abaqus/CAEstep模块，继续点击createstep，在Proceduretype中选择Linearperturbation，选择Randomresponse，点击Continue….进入EditStep之后，在Basic中，LowerFrequency输入1，UpperFrequency输入200，NumberofPoints输入5即可，其他采用缺省设置。即在1~200Hz频率范围内进行随机振动分析。在Damping中，勾选Usedirectdampingdata，Startmode输入1，Endmode输入10，CriticalDampingFraction输入0.02。2.2.3定义输出变量在Abaqus中，输出有基于时间历程的historyoutput和场变量的fieldoutput。紧接上述步骤，在Abaqus/CAEstep模块，点击createfieldoutput，在CreateField中选择Step：Step-2，点击Continue….进入EditFieldOutputRequest之后，选择RMIES作为输出，其他采用缺省设置。2.2.4定义约束和载荷在Abaqus/CAEBoundary模块，点击createBoundaryCondition，选择Step:Initial，在TypesforSelectedStep中选择Symmety/Antisymmetry/Encastre，点击Continue….选择对应需要约束的区域，点击Done。进入EditBoundaryCondition之后，选择ENCASTER（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）。即完成约束定义。在Abaqus/CAEBoundary模块，主菜单中选择Tools-Amplitude-Create…，选择PSDDefinition，点击Continue…，进入EditAmplitude之后，Specificationunits选择Gravity（basemotion），Referencegravity输入9800，Real和Frequency栏分别按照前述PSD曲线定义即可，具体数值如下：在Abaqus/CAEBoundary模块，点击createBoundaryCondition，选择Step:Step-2，在TypesforSelectedStep中选择Accelerationbasemotion，点击Continue….进入EditBoundaryCondition之后，在Basic中，Degree-of-freedom选择U3。在Correlation中，勾选Specifycorrelation，Approach选择Correlated，PSD选择Amp-1，Real输入1，其他缺省即可。2.2.5提交计算在Abaqus/CAEJob模块，点击createJob，点击Continue…..，在editJob中选择Parallelization，勾选Usemultipleprocessors，选择可以支持的多核并行数目即可，其他缺省。点击OK，然后点击Jobmanager，submit即可提交计算任务。2.2.6查看结果进入Jobmanager，点击result，或者用Abaqus打开工作目录下对应.odb文件，以云图形式显示RMISES，RU，RS等变量，得到下图所示的云图。