电动汽车电池包底部锥状物冲击下的力学响应分析

为研究地面碰撞事故对电动汽车电池包的损伤,以某款电动汽车的电池包为研究对象。通过建立电池包的CAD模型,在Hypermesh中建立电池包的精细化有限元模型,随后通过模态实验与仿真证明了模型的准确性。动态速度下的侵入是地面碰撞过程中的主要故障模式。采用速度为1～5 m/s的锥形冲头对电池包进行动态冲击,得到冲击载荷作用下电池包结构的应力和应变分布情况及最大值,将结果与准静态作用下的结果进行比较,结果显示:不同速度作用下的电池包失效位移小于准静态下失效位移,且随着速度的增大,失效位移越来越小,但是失效的临界力却更大。进一步对不同锥形冲击物的顶角和顶端半径进行参数化研究,全面揭示电池包在地面冲击下的响应。研究结果对于动力电池包的地面碰撞分析及电池包的安全性能研究有参考意义。     

热失控状态气液两相的锂离子电池建模及修正方法研究

锂离子电池在应用过程中因滥用而发生热失控现象,导致电池内部产生大量气体,传统的固液两相模型难以准确描述热失控机理。针对以上问题,以18650电池组为研究对象,构建气液两相的锂离子电池模组的电化学-热耦合模型,研究了热失控气体对锂离子电池内部应力、温度、电解液浓度的影响规律,同时利用COMSOL Multiphysics 5.5软件进行了有效性验证和理论模型修正。研究结果表明,锂离子电池热失控气体对电池内部应力、温度、电解液浓度有着明显的正反馈影响规律。内部应力的理论修正值与仿真值峰值均在相近时刻出现,且误差为0.04 MPa,计算精确率提高了80%。电池内部温度到60℃左右时发生热失控,产生的热失控气体在内部温度升高到160℃时被点燃,640 s时达到最高仿真温度,修正温度分别为177、172℃,热失控气体产生的热点现象是影响电池包内部的温度分布不均的主要原因。电解液浓度理论修正值和仿真值从1 200 mol/m³同步下降至837 mol/m³,形成气液两相流,电解液与电极材料反应和分解造成了电解液浓度降低。     

内阻取值方式对锂电池热模型精度的影响

采用恒定法及动态法对单体三元锂离子电池热模型中内阻参数的取值进行研究。建立了电池三维热模型,分析了不同内阻取值方式对锂离子电池热模型精度的影响,通过Ansys workbench中的瞬态热分析模块对25℃下不同倍率放电时的电池温升情况进行建模仿真,并与实验结果进行对比。结果表明:取动态内阻的热模型仿真曲线相对于恒定内阻仿真曲线的精度明显更高,在1C、2C、3C放电倍率下,仿真曲线与实测曲线的最大偏差分别为0.43、0.52、0.97℃,平均偏差分别为0.20、0.15、0.49℃。     

熵热系数取值方式对锂离子电池热模型精度的影响

为了提高锂离子电池热模型的生热仿真计算精度,研究了熵热系数取值方式对三元锂离子电池热模型精度的影响。在所建立方形电池的三维热物理模型的基础上,考虑到三元电池熵热系数的非平滑变化规律,提出了电池熵热系数的分段式表征模型。通过仿真、实验分析研究了所提新模型与传统熵热系数取值方式在常温(25℃)自然对流、不同放电倍率条件下的电池温升,结果表明:采用变熵热系数的热模型精度高于传统定熵热系数热模型,其在1C、1.5C、2C放电倍率下的仿真曲线最大误差和均方根误差均明显小于后者,其最大误差在所进行实验中均在1℃之内。     

计及循环寿命的锂离子电池优化使用研究

提出了一种缩短锂离子电池荷电状态使用区间并降低荷电状态高端充电电流的锂离子电池使用方法。以25 Ah三元锂离子电池为研究对象,设计了所提优化使用方法与不考虑放电深度和充电电流的电池使用方法的对比循环寿命试验,从电池容量、Ah吞吐量两方面对比分析了2种试验结果。利用锂离子电池老化过程中容量增量曲线的变化特性分析了2种使用方法的电池循环寿命衰减特性,以证明所提锂离子电池使用方法的有效性和安全性。     

碟式分离机高速转鼓ANSYS应力分析及实测验证

为了分析碟式分离机的转鼓体应力分布的情况，课题组应用ANSYS有限元分析法建立了转鼓的分析模型。锁环螺纹联接、转鼓内装件都会对转鼓体应力分布及大小产生直接影响，因此，对包含内装件的真实转鼓进行了建模仿真分析。探讨了薄厚碟片组对转鼓体应力场与位移场的影响，并利用光学法数字图像相关（DIC）非接触测量仪器及专用软件，对空载转鼓体外圆壁面的位移场分布进行了实测。研究结果表明：该碟式分离机转鼓体的应变（位移）场的仿真分析结果与实测结果的位移场分布规律相近；转鼓体内侧底部处的应力负荷最大处位于靠近碟片架内侧处；依据实测数据有待对有限元分析模型的建模方法做进一步的改进。研究结果对碟式分离机转鼓的结构优化、复杂组合结构的转鼓总成的有限元建模具有直接的参考作用。     

基于MRI图像的主动脉弓变形测量方法的研究

目的:准确测量主动脉弓的变形和位移,以便于主动脉弓血流动力学的仿真计算以及主动脉弓疾病的形态学诊断的进行。方法:本文首先基于主动轮廓模型(GVFSnakes模型)把MRI图像中的主动脉部分与胸腔分割开来,之后对人主动脉弓一个心动周期内的多幅MRI图像进行分析,建立主动脉弓运动的动态模型,并通过相关软件对主动脉弓的变形情况进行测量。结果:获得了一个行动周期内升主动脉根部,升主动脉中部,头臂动脉分支前,左锁骨下动脉分支后以及降主动脉中部等五个典型截面的变形量。结论:升主动脉中段的边界变形幅度较大,其他部分截面面积变化相对较平稳。通过对主动脉弓MRI图像的分析研究,可以准确地获取到血管边界的位移和变形信息。     

准零刚度隔振器的时域仿真

为分析准零刚度隔振器的隔振性能,建立了准零刚度隔振器的Matlab/Simulink模型,进行了扫频力激励、扫频基础激励、基础位移冲击激励下的时域仿真,给出了准零刚度隔振器的隔振性能数据。仿真模型运行稳定,仿真结果揭示了准零刚度隔振器良好的隔振、隔冲击效果以及超范围使用时的振动放大特性。     

基于AEKF在线辨识的电池SOC估计

根据电池在某型混合动力无人机中的应用需求,针对锂离子电池的荷电状态估计进行研究,采用在线参数辨识的方法,实时修正模型辨识参数,结合自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)迭代判断算法中误差均值与方差,对基于二阶戴维宁等效电路模型的SOC结果进行有效判断。通过开展电池的恒流放电以及变化电流脉冲试验,利用实验数据与仿真结果对比分析SOC估计算法的正确性和精确度。结果表明:在线参数辨识的AEKF与EKF相比,AEKF的SOC估计结果与实际值更接近,在恒流工况下误差保持在0.5%以内,在变化电流工况下仍可以保持在0.8%以内,精确度得到了极大提升,具有较强的抗干扰性。     

锂电池单体起火燃烧过程仿真模拟

电动汽车火灾事故频发使车用锂电池安全问题受到广泛关注。为研究车用锂电池起火燃烧特性,建立一种基于火灾动力学理论的锂电池单体起火燃烧数值模型,并借助FDS进行模型计算和仿真。以某款车用锂电池单体为研究对象,对该单体在热失控时的起火燃烧过程进行仿真,并进行该单体的热失控实验。与实验结果对比发现,模型准确地模拟出单体燃烧时冒烟、起火、剧烈燃烧、熄灭的火情演变过程,仿真温度曲线揭示了电池热失控时燃烧速度快、火焰强度大、热量爆发集中的特点,验证了模型的可靠性。分析仿真得到的CO_2释放速率、CO释放速率、热释放速率和总释放热量等参数随时间的变化曲线,研究结果表明:有效抑制单体热失控及其燃烧蔓延对提高电池包安全性有重要意义。     

基于绝对节点坐标法的超弹性材料二维梁单元动力学研究

为了探究考虑超弹性材料非线性的大变形柔性多体系统在工程实践中的应用，课题组基于绝对节点坐标法ANCF研究了针对大变形橡胶梁的高阶梁单元和超弹性材料本构模型。借助二维高阶ANCF梁单元位移模式构建了3种不可压缩超弹性橡胶梁的弹性力模型和运动微分方程：Neo Hookean，Mooney Rivlin和Yeoh；通过静态和动态大变形实例，和横向低阶ANCF梁单元以及ABAQUS软件仿真结果对比，结果显示：大变形橡胶梁动力学分析适合采用不可压缩超弹性本构模型Yeoh和高阶ANCF梁单元，且单元多项式位移模式、节点广义坐标类型和单元自由度数对大变形橡胶梁的计算效率影响较大。     

基于聚氨酯弹性体位移传感器的有限元分析及实验

为揭示聚氨酯弹性体位移传感器固定端应变与运动端位移、扭转之间的关系,课题组基于橡胶类材料单轴拉伸实验得到的应力应变关系,通过数据拟合后确定最适合聚氨酯弹性体材料的Ogden本构模型及参数。用ABAQUS软件建立了聚氨酯弹性体位移传感器的非线性有限元模型,分析运动端位移和扭转情况下传感器的应力、应变和位移变化规律。研究表明：随着运动端位移和扭转的加载,固定端的应变随之增加,当位移达到30 mm时,最大应变出现在距离固定端4 mm处;当扭转达到15°时,最大切应变区域为整个弹性体发生扭转变形部分;此分布规律指导了传感器设计中应变片布置方案。将传感器仿真与测量实验数据对比,误差在10%以内,符合传感器要求。     

列车蓄电池箱的有限元分析和实验测试

通过有限元建模，对列车电池箱进行冲击载荷的有限元分析，得出各个方向冲击应力和箱体变形，并和实验数据进行比较，为进行电池箱的优化设计提供参考。     

计算机断层扫描技术在锂离子电池检测中的应用研究

电动交通技术的不断发展对电动汽车的续航里程提出了更高的要求,同时也促进了动力电池检测技术的发展。随着动力电池全生命周期和闭环产业链概念的提出,如何对动力电池在非破坏性的前提下进行内部结构的检测是动力电池测评领域需要重点关注的问题。为此,以不同型号的锂离子动力电池单体为研究对象,对于微米级计算机断层扫描这种无损检测技术在锂离子电池内部结构分析中的应用方法进行了研究。研究结果阐明了锂离子电池的性能衰减和内部结构安全隐患在计算机断层扫描检测中的具体表现形式,为锂离子电池技术发展中的无损检测需求提出了解决方案。     

锂离子二次电池正极材料尖晶石型LiMn_2O_4的研究进展

近年来,锂离子电池因其优异的特性,发展十分迅速。锂离子电池的优异性能与电池的材料选择,材料的制备工艺等密切相关。正极材料LiMn2O4是近几年锂离子电池研究的热点,但其在循环过程中的容量衰减是制约锂离子电池商品化的关键。本文介绍了不同正极材料的结构、电化学性能、研究现状,侧重于阐述控制锂离子电池循环过程中可逆嵌锂容量和稳定性的嵌锂电极材料的结构性质。     

圆柱18650锂离子动力电池放电及温度特性

能耗和环境问题促使电动汽车快速发展,锂离子电池在电动汽车储能系统中具有重要的作用。锂离子动力电池的特性与环境温度紧密相关,倍率放电容量特性、荷电状态-开路电压曲线是反映电池基本性能的重要特性指标,也是电池管理系统设计需要参考的重要参数。该文对圆柱18650三元锂离子动力电池进行了相关的性能试验,研究了单体和电池组开路电压变化规律、不同放电倍率下的电池容量和不同温度下的电池容量,为荷电状态估算方法的研究及电池管理系统设计积累了数据。     

某产品滑倒过程多体系统动力学仿真

采用多柔体系统动力学的方法模拟某产品意外滑倒的物理过程,为其损伤评估提供定量的参考依据.根据产品的结构组成和滑倒过程的物理现象,建立了一种考虑低速接触/碰撞的多柔体系统动力学模型,利用模态展开法描述纵梁、面板、安装板等产品内侧构件的弹性变形,考虑了人造革地板等非金属材料的大变形以及线缆与台面、地面的碰撞,采用适合于求解强非线性刚性微分方程的Gear法进行数值仿真计算,获得了滑倒过程的整体运动和受力规律,分析了关键部位的冲击加速度和冲击载荷,仿真结果与实际接触痕迹基本吻合.     

航空超薄压气机叶片堆焊修复强制对流冷却方法

针对航空压气机叶片堆焊修复过程中的冷却要求,选择典型特征点计算出焊接过程的热循环曲线,提出基于氩气垂直射流的强制冷却方法。通过建立射流简化模型仿真得到氩气冲击冷却在壁面上的对流热通量分布曲线,再将仿真结果以边界条件的形式施加到焊接模型中,计算了不同冲击高度及不同喷嘴直径下壁面的压力、流量、对流热通量分布情况以及不同入口流速对冷却性能的影响。根据计算结果,选取最优参数,建立移动热沉模型,计算出不同热沉间距下的冷却效果。结果显示:采用冲击高度4d,喷嘴直径2 mm,入口流速35 m/s,热沉距离7mm的参数,冷却时间可缩短12.5%,采用的冷却方法可加快试片与夹具间隙的传热效率,缩减热影响区域,提升冷却速率。     

基于VPSO-SVM的磷酸铁锂电池寿命预测

随着锂离子电池在日常生活中的广泛应用,其寿命问题日益突出,并且在电池的循环过程中,影响其性能的因素很多,包括内部材料的损失以及外部环境的变化等,它们都会对电池的健康状态(state of health,SOH)产生影响,严重时可能会对人的生命财产造成损失,对其商业化的应用造成阻碍。因此,时刻掌握电池的SOH很有必要。针对SVM模型参数优化等问题,提出一种结合SVM和变异粒子群优化算法(variance particle swarm optimization,VPSO)的算法,将SVM参数作为VPSO的优化目标。实验表明:VPSO-SVM模型的预测准确性较高。     

地震荷载作用下高速公路挖方高边坡稳定性研究

考虑到地震边坡破坏的机制，以京化高速公路挖方高边坡为研究背景，对地震荷载下的边坡稳定性进行了分析研究。详细分析了边坡的工程地质条件，结合实地采样试验，确定了边坡岩体的工程力学参数。利用有限元软件ABAQUS，建立了三维数值仿真模型，在试验区地震特征研究的基础上，采用拟静力法+强度折减的方法，分别模拟了地震力作用下边坡的位移变形及主应力分布规律，计算了边坡的安全系数，为边坡的加固提供了依据。