抗震電池架的分析和運(yùn)用

李凌波

摘 要：為了確保我國(guó)能源順利工藝，因此必須加強(qiáng)能源供應(yīng)設(shè)備的安全性。電池架作為蓄電池組的支撐設(shè)備顯得尤為重要。本文就抗震電池架的材料和性能進(jìn)行了分析，以期促進(jìn)能源供應(yīng)的安全性。

關(guān)鍵詞：電池架；抗震；性能

1 概述

蓄電池組是提供能源的設(shè)施，電池架是蓄電池組的承載設(shè)備。電池架上裝有大型蓄電池組，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響蓄電池組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。因此對(duì)電池架進(jìn)行有限元分析是必要的。

2 地震分析參考標(biāo)準(zhǔn)

（1）IEEE693-2005：Recommended Practice for Seismic Design of Substations；

（2）International Building Code -2002；

（3）California Building Code -2013.

3 電池架結(jié)構(gòu)及材料性能

以下用型號(hào)R22（2層2梯）電池架為例，此電池架適用于地震區(qū)4。

R22電池架是兩層兩梯的鋼支架，里面放置尺寸為186*398*570的電池24只，每只電池重65kg，如圖1所示。鋼支架由角鋼和方鋼通過螺栓連接而成，地震載荷作用下電池架結(jié)構(gòu)計(jì)算采用的是有限元商業(yè)軟件ANSYS15.0。

4 載荷

4.1 固定載荷

固定載荷=電池質(zhì)量+電池架質(zhì)量，其中電池質(zhì)量每個(gè)65kg。

4.2 地震載荷

結(jié)構(gòu)計(jì)算按高等級(jí)地震水平考慮，兩個(gè)水平方向施加0.5g，垂直方向施加0.4g地震加速度。圖2為所采用的標(biāo)準(zhǔn)地震響應(yīng)譜。

5 電池架固有頻率計(jì)算

為計(jì)算電池架結(jié)構(gòu)固有頻率采用商業(yè)軟件ANSYS15.0建立結(jié)構(gòu)的有限元模型。構(gòu)件截面和材料參數(shù)按表1選取，質(zhì)量密度為7800kg/m3。位于支架底部的節(jié)點(diǎn)施加固定邊界條件，約束其平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，如圖3所示。

6 地震載荷作用下構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算

由于電池架結(jié)構(gòu)基頻大于33Hz，可采用等效靜態(tài)分析方法評(píng)估結(jié)構(gòu)抗震能力。作用在電池架上的地震力利用電池質(zhì)量和構(gòu)件質(zhì)量乘以主方向上的地震加速度得到。

6.1 地震作用x方向

地震載荷由電池質(zhì)量乘以0.5g 得到，將其處理成均布線載荷作用在其中一根斜撐上，方向沿水平x方向。構(gòu)件的地震載荷在ANSYS按慣性力施加水平加速度（見圖4）。

6.2 地震作用在y方向

由于電池架在另一個(gè)方向不具有對(duì)稱性，因此地震加速度按水平+y 方向和-y 方向分別輸入，地震載荷作用在電池底部角鋼底座上（見圖4）。

6.3 垂直z方向地震作用

根據(jù)IEEE693 垂直方向地震作用按加速度0.4g輸入。由于電池架自重也是垂直方向，故構(gòu)件垂直方向施加的總加速度為1.4g（見圖4）。

7 計(jì)算結(jié)果匯總

7.1 構(gòu)件最大應(yīng)力，MPa

7.2 螺栓最大內(nèi)力

支架底部用兩個(gè)M6（4.8 class）螺栓固定，其位置如圖5所示。表3為三向輸入地震加速度按均方根計(jì)算出的支點(diǎn)最大拉力和最大剪力。

8 總結(jié)

本文通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)和計(jì)算對(duì)抗震電池架的性能進(jìn)行了分析，以此確保電池架的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]梁飛飛，錢江.蓄電池支架結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，31（5）：651-654.

（作者單位：四川長(zhǎng)虹電源有限責(zé)任公司）