電動汽車機械結構的有限元分析方法設計

陶曉慶

摘 要：隨著經濟的發(fā)展，汽車在人們的日常生活中占據著越來越重的位置，對于電動汽車的機械結構要求也越來越多，本文主要對有限元法進行分析，對于電動汽車的機械結構的設計進行探究，給出電動汽車機械結構中有限元的分析策略。

關鍵詞：電動汽車；機械結構；有限元法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.027

0 引言

汽車的大量使用使得環(huán)境問題越來越突出，新能源汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料汽車是整個汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，電動汽車的出現是順應形勢的現象，電動汽車的內部結構設計使得其節(jié)能環(huán)保的功能更高，可以滿足現代社會對汽車的要求。有限元分析方法結合計算機輔助技術，可以對電動汽車的結構性能進行更為科學的分析，實現機械結構的優(yōu)化，加強對電動汽車機械結構的有限元分析可以保證企業(yè)降低開發(fā)成本，提高電動汽車的質量，對于促進電動汽車的機械結構的改進有著重要意義。本文以普通電動汽車的機械結構入手，結合計算機輔助技術，闡述電動汽車機械結構的有限元分析方法，為電動汽車機械結構的安全性分析提供一定的分析依據。

1 有限元法概況

1.1 簡介

伴隨著計算機技術的發(fā)展，有限元法是一種新型的現代計算方法，主要用于求解偏微分方程的邊值問題的近似解，求解方法是將整個區(qū)域進行分解，使得每個子區(qū)域的求解方式更為簡單，借助變分方法，保證誤差函數達到最小值并保持穩(wěn)定。由于在實際問題中很多計算難以達到精確，有限元的計算精度高而且可以適應各種復雜的情況，所以，在實際的問題中應用非常廣泛。

1.2 分析方法

（1）對物體進行離散化，主要在進行工程分析時將工程的結構離散為由不同的單元組成的計算模型，利用節(jié)點將各個單元模型連接起來，對于節(jié)點的確定由實際變形形態(tài)的需要以及計算的精度來確定。（2）選擇位移模式對于有限元的節(jié)點進行合理的選擇，位移法主要是可以實現計算的自動化，在有限元法的分析中應用很廣泛。（3）對于單元的力學結構進行分析，對材料的性質、形狀、尺寸等進行合理的分析，保證各個單元的力學性質滿足汽車機械結構設計的強度和剛性要求。通過單元節(jié)點對整個機械結構的力學方程式的建立有著重要意義。（4）對等效節(jié)點力的計算，在對汽車機械結構進行離散化之后，對于等效的節(jié)點力進行確定，保證力的傳遞可以做到準確，不會出現力分布不均衡的情況。

1.3 應用

主要應用在固體力學、流體力學以及熱的傳導、電磁學等方面，在整個汽車機械結構設計中有著很廣泛的應用，可以對汽車機械結構的剛性和強度進行計算，保證汽車運行的安全。

2 電動汽車的機械結構的有限元分析

2.1 有限元分析一般流程

（1）制定有限元分析方案，包括對分析對象、類型以及目的的確定。（2）運用于汽車結構模型，對于汽車結構模型進行信息整理，包括CAD模型、材料屬性、載荷工況、邊界約束以及連接關系等，根據相關的模型信息建立有限元模型，進行有限元模型的檢查，包括對網格劃分、單元質量以及焊點處理等，檢查是否滿足載荷與邊界約束條件，如果不滿足那么應該重新建立有限元模型，如果滿足，進行求解計算，對結果進行初步分析，對結果進行討論確定。（3）經過樣車試驗進行有限元模型的檢驗，如果試驗結果達到預期效果，那么就可以進行模型確認。（4）對實驗進行分析進行設計結構的修改與優(yōu)化，對整個有限元分析進行存檔保存，整個分析任務完成。

2.2 汽車機械結構的強度及剛度分析

為了保證汽車機械結構的質量，必須對材料的疲勞性能、斷裂韌性以及發(fā)生撞車時能夠吸收的能量進行嚴格的分析，保證設計材料的剛性和強度能夠滿足汽車機械設計的要求，如果對于汽車機械結構的設計正確的話，那么汽車機械結構的材料都具有很好的吸收沖擊力的能力，在發(fā)生變形的初級階段都可以經過一定的形變對沖擊能量進行吸收。汽車的強度主要在于承受的載荷的大小，一般表示機械結構強度主要是工作應力的峰值，汽車結構的剛度是指汽車在運行過程中允許的形變范圍，是結構的抵抗變形的能力，對于保證乘客的生命安全有著重要的作用。在進行汽車機械結構的設計時對于剛度是整個設計應該注意的主要問題，如果剛度滿足要求，那么強度也可以達到要求。

我國對于汽車高強度鋼板的設計要求為，對于普通的高強度鋼板來說，抗拉能力以及屈服強度的要求較低，通過一定的傳統(tǒng)工藝即可將普通強度的鋼板設計成高強度鋼板。對于很多先進的高強度鋼板需要借助先進的設備及相關的工藝方法，才能生產出來。例如，雙相鋼板、復相鋼板等。

對于機械結構的設計需要進行材料準備，根據實際的設計需要選擇合適的材料，根據整車結構對機械結構進行三維結構的初步確立，通過CAE技術分析對于材料的剛度和強度進性檢驗，以滿足設計需要。運用NVH技術分析有限元模型是否滿足汽車的整個模態(tài)要求，可以通過增加固定點進行改進。

2.3 汽車機械結構有限元的分析過程

主要分為四個階段，首先進行樣車的運行試驗以及分析，保證對于整車的結構有一定的了解。其次，進行概念設計，保證有限元模型的設計滿足相應的感念。再者，對于整個設計階段進行合理的劃分，然后對階段進行相關的分析。最后，對于產品的批量生產進行設計的改進，保證汽車機械設計可以滿足運行要求。

對于機械結構的剛性分析應該對于其力學性能進行有限元分析，保證有限元的輸出量預實驗的預期物理量相同。對于強度的有限元分析，主要對于Mises應力進行考慮，對變形能量的分布規(guī)律率和水平進行分析，保證汽車機械結構的抗疲勞能力可以達到汽車運行的要求。

3 總結

對于電動汽車的機械結構的設計需要以滿足高壓動力驅動系統(tǒng)所需要的強度和振動要求為前提，保證電動汽車的安全，不會發(fā)生漏電現象，對駕駛員的人身安全造成影響，當前，對于電動汽車機械結構的內部設計沒有統(tǒng)一的標準，在進行設計時運用有限元分析法進行分析，對設計要求進行掌握，以滿足實際的設計需要為準，保證電動汽車的機械結構的的強度滿足要求。在進行電動汽車機械結構的設計技術上，我國與發(fā)達國家仍然存在著一定的差距，所以，在進行設計時應該對先進技術進行研究，促進我國電動汽車行業(yè)的發(fā)展。

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