考虑预应力的机械冲击分析流程

预应力的影响

带预应力的结构一般都会有效提高结构的机械性能，如消除结构的局部模态，提高结构整体或局部刚度，提高结构的疲劳性能等。电池包结构中常见的预应力载荷如压板预压力，绑带式模组绑带的预张力，缓冲垫的预压缩（过盈配合装配）及螺栓预紧力等。

在仿真分析中如果不考虑预应力的影响，得到的结果往往是偏保守的，甚至会得到错误的结果和结论。

如何考虑带预应力的机械冲击分析

在有限元分析中，预应力的加载一般都是静态分析模拟，而机械冲击是一个动态分析，我们需要在预应力分析的基础上进行一个动态分析，这样便能实现带预应力的机械冲击分析。

不同的仿真软件隐式转显式的方法各不相同，但基本思路是一样的。即先进行预应力工况分析，再通过重启动技术来实现预应力工况结果的传递。

Abaqus实现隐式转显式的方法

先用Abaqus standard进行预应力工况分析，并设置重启动；再通过重启动及关键字*import来完成Abaqus standard到Abaqus explicit的转换。

Dyna实现隐式转显式的方法

Dyna中实现隐式转显式的方法很多，有dynain文件法，隐式转显式法，临界阻尼法，动力松弛法，准静态加载预应力的方法等。考虑到各种方法的局限性和便捷性，建议使用动力松弛法。

Dyna动力松弛

在LS-DYNA中的动力松弛是显式求解器对线性和非线性的静态或准静态问题进行近似求解，其原理是通过增加阻尼使系统的动能降低为零，求解得到问题的近似解。

动力松弛关键设置如下：

DRTOL收敛容差，默认为0.001。理论上只要收敛容差设置足够小，就可以使动力松弛结果与静态分析的结果一致。但是收敛容差太小会造成动力松弛求解过程耗时过长甚至不收敛，所以在保证收敛的情况下适当调小收敛容差即可。

   IDRFLG设为1调用动力松弛。

SIDR项取值不同，其意义也不同。默认为0，仅进行瞬态分析。设为1，仅进行动力松弛分析；设为2，先进行动力松弛分析，然后接力瞬态分析。

即*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION中IDRFLG设为1，*DEFINE_CURVE中SIDR设为1，求解时间设为0便可进行动力松弛求解。若求解时间大于0，则在动力松弛求解结束后载荷会被突然释放，结构进行自由振动。

实例验证

以一个简化版的模型为例，电池模组通过长螺栓安装在电池包横梁上，横梁两端8个螺栓孔固定，进行机械冲击仿真。

Mode1:模组与横梁刚性连接；

Mode2:建立长螺栓实体模型，并设置相应的接触；

Mode3:在Mode2的基础上加载螺栓预紧力。

计算结果如下：

                                                                             位移云图

模组中点位移曲线

Mode3等效塑性应变云图

分别取横梁约束点及模组安装点附近（单元801和1218）的应力应变进行比较

应力应变曲线

计算结果对比

对本例而言，对于模组与电池包之间的长螺栓进行刚性连接处理，对模型的整体刚度影响较大，对模组安装点处应力应变影响较大。螺栓预紧力的影响相对较小。

Dyna中螺栓预紧力通过关键字 *INITIAL_STRESS_SECTION和*DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE来实现。

总结

1. 有限元分析中预应力状态结果的传递都是通过重启动来实现的。

2. 如果在工程上不确定预应力对机械冲击的影响程度，则不可忽略预应力，否则很可能得到错误的结果。

3. 对螺栓连接进行简化处理时，关键区域不可简化处理。对电池包而言，模组端板与电池包钣金之间的长螺栓，电池包与车身安装点处的螺栓需精确建模并加载预紧力处理。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删