workbench电池PACK振动疲劳分析流程

最近在学如何使用workbench做电池包的振动疲劳分析，跟大家一起分享下，顺便做个记录。使用workbench做全部工作的好处就是，软件会自动帮你建好疲劳分析所需的模块，并且完成FEA分析结果的读取、材料映射、载荷映射，用户只需要调整疲劳求解器的设置就可以了，具体流程会在后面讲到。

1 分析标准

分析按照GB38031-2020（代替了GB/T31467.3-2015）8.2.1-振动章节进行

可以看到，标准要求对电池包系统分别在X Y Z三个方向进振动试验，表2 和表3 分别给出了不同车辆类型试验时的PSD曲线，测试时间为12小时。

2 模型介绍

 简化后的模型

模型为某商用车的电池框架，由型材焊接而成，如图，共7层，每层电池重量200kg。框架均使用壳单元，电池包重量使用质量点代替，建模和网格划分过程不赘述。

3 搭建预应力模态和谐响应分析流程，求解电池架的传递函数

传递函数求解的分析流程

3.1 静力分析模块中，电池架材料选择Ncode材料库中的 carbon steel sae1020_107_hr（需要提前把ncode的材料库添加到workbench中，具体操作可以百度）

施加重力加速度，电池架与振动台相连位置施加固定约束，进行分析。

 

3.2 模态分析模块

感兴趣可以调整一下最高模态求解阶数，什么都不调整也可以

3.3 harmonic response模块

分析设置

①扫频范围-标准里给定的PSD谱最大频率为200hz，因此扫频范围必须大于200

②cluster results-cluster results设置为yes，扫频时自动在共振点加密扫频点，传递函数更准确

③系统阻尼-可以跟据试验结果设置阻尼比或结构阻尼常系数

分析设置

载荷设置

在求解方向上施加振动幅值（建议先求解标准里的Z方向，也就是电池包系统的受重力方向，因为此方向要求载荷最大）

结果设置

添加一个应力频率响应，修改下图的两个选项

结果设置

求解结果

求解的传递函数见下图，可以看到在共振频率附近，求解点明显加密，是因为分析设置中开启了cluster result

4 Ncode疲劳求解

4.1 创建分析流程-将nCode SN VirbrationPSD（DesignLife）模块拖到静力分析的solution上，然后把modal和harmonic response的solution分别拖到nCode的solution上（一定要把随机振动模块先拖到静力分析上，要不然不能正确的映射材料，求解时会报错）

更新后进入ncode界面，可以看到软件提前给你做好了一个很复杂的分析系统，其实这里面只有1、2、4、6四个模块是必须的，另外还有3、5、7可能比较常用，其余用不到的都可以删掉。

 

1-FEA结果的读取和展示，勾选右下角的display框可以在此模块内显示读入的有限元结果，右上角可以最大化显示此模块。可以双击标题栏或者在空白处右键-properties打开属性，在FE Display选择想显示的FEA结果

在simulation_Input选择展示FEA结果

2 VibartionGenerator1-PSD谱的输入模块。双击标题栏打开properties，按照标准要求输入PSD谱即可。在Advance中可以更改谱的类型、谱的单位等，本例中不用更改。

3-HotSpotDetection1-热点检测，使用默认设置即可，可以输出损伤值最大的的10个点

4-PSD Display-可以显示PSD曲线，默认即可，开始计算后会自动显示

5 Vibration_Analysis-随机振动求解器，进行疲劳求解器的设置

在此模块上右键，可以看进行材料映射和载荷映射，由于我们所有流程都是在workbench中进行的，这两块软件已经自动做好了，默认即可。

目前为止，所有设置都完成了，可以点击求解了。

6-Fatigue_Results_Display模块，求解完成后，可以在这个模块查看疲劳结果。默认显示的是损伤damage结果，可以在属性中修改想看的结果，比如寿命等。

damage和life repeats我们设置的振动时间为43200秒的结果，如上图所示life repeat结果为5.287e3，那么代表结构的总寿命为5.287e3×43200秒

在结果页面点击hotspot按钮可以显示damage最大的十个点的位置，点击format label可以选择显示内容，包括damage、节点编号、材料、寿命等

参考资料：

1-Ncode 帮助文档

2-正弦扫频+定频+多轴+PSD新能源汽车电池包Hyperworks+Ncode国标振动疲劳仿真分析教程_5_哔哩哔哩_bilibili

3-Ansys Ncode Desigelife疲劳分析基础与实例教程

4-Fatigue Certainty of Survival | Quadco Engineering

5-疲劳材料数据的分散性 (altair.com)

6-What is a SN-Curve? (siemens.com)