电池包随机振动分析操作流程！

频率响应分析是结构在简谐载荷激励下的动态响应分析，是从频域的角度研究结构的持续振动性能，从而确定结构是否会发生共振、疲劳及其他受迫振动引起的破坏。在上一篇文章中对其进行了模态频率响应分析，本文对某电池包随机振动分析进行详细流程的操作演示。

一、分析模型

1、分析模型的建立，分析模型包括壳体、模组以及连接支架等，与车身安装处采用rbe2进行连接，并在此处施加激励，模拟台架状态。

图1 某电池包模型

2、电池包随机振动载荷

电池包振动测试国标中的加速度功率谱密度，即GBT31467.3-2015的方式模拟，振动采用功率谱密度曲线，分三个载荷步进行计算先进行Z轴，然后是Y轴，最后是X轴。

从加速度功率谱密度图示中可以看出，在路面行驶中，加速度激励主要集中在10Hz~20Hz频段，此频率段是路面中比较重要的低频振动，对电池包等结构影响较大。

3、电池包随机振动分析基础

（1）进行电池包的频率响应分析，获得整个电池包的加速度功率谱激励和响应之间的传递函数。然后传递函数的平方与加速度功率谱相乘获得随机振动的响应。如下:

其中，H（iw）为传递函数；Sout（w）为电池包的响应；Sin（w）为加速度功率谱激励；

（2）采用均方根应力和应力分布的三区间法评价随机振动

一旦确定了随机振动的响应的谱密度，响应的均方根值就可以根据下式得出：

可知：响应的谱密度曲线与横坐标围城的面积为响应的均方根值。

Steinberg根据应力的高斯分布将结构的应力水平划分为三个层次，分别为1σ、2σ、3σ应力。三个应力水平对应发生的频率如下表所示。三区间法假设，所有应力发生的频率为99.73%，应力水平高于3σ的频率为0.27%。

即仿真后得到的1σ应力扩大3倍得到3σ应力，只要3σ应力低于材料的屈服极限，就认为结构满足随机振动要求。

4、随机振动参数设置

4.1 随机振动谱PSD定义，分别定义三个方向的随机振动PSD载荷，如下所示。

4.2 随机振动载荷集定义，关键字RANDPS解释如下：

其中：J、K为激励载荷工况,K ≥ J，X/Y为功率放大系数，功率放大因子由X和Y控制，本例采用MM-MPa单位闭合，故而功率谱密度放大因子X+iY=1,所以X=1，Y=0且采用自谱，即J=K；TID为功率谱密度PSD对应的卡片。

4.3 控制卡片设置

（1）定义指定要输出的节点的位移，如若要输出电池包支架2542及壳体中间659158号节点位移的PSD曲线，在CASE_UNSUPPORTED_CARD中输出以下语句即可。

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 2542(T1)

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 2542(T2)

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 2542(T3)

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 659158(T1)

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 659158(T2)

XYPUNCH,XYPLOT,XYPEAK,DISP,PSDF / 659158(T3)

（2）在GLOBAL_CASE_CONTROL随机响应输出，

（3）GLOBAL_OUTPUT_CONTROL

5、结果解读及后处理，RMS最大应力为115MPa，若3σ倍为345MPa，该电池包95.7%的时间应力值未超过Q345材料345MPa的屈服强度，该支架理论满足要求。

从Z向的振动频响结果中可以看出最大应力节点为532446，应力为64.4MPa@46.4Hz，该方向最大应力主要是由于电池包壳体模态引起；而随机振动RMS应力为115MPa。

二、小结

对电池包进行随机振动分析，可以用来预测动力电池包的设计强度，还可以使用随机振动应力分布的三区间法则去预测动力电池包的疲劳耐久性。有相关文章阐述疲劳寿命的简单估算方法为如果随机载荷引起的结构上各点Von Mises应力的均方根值小于材料拉伸极限的20%，基本可以认为能达到无限疲劳寿命。

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