2电池托盘的加强筋对比分析

本文选取某混合动力车电池托盘为研究对象，由于电池布置的原因，此电池托盘的基本结构成T形，所承载的电池质量大约140kg，本文首先利用有限元分析法建立托盘的有限元模型，再分析对比纵向加强筋和横向加强筋对此类托盘结构的模态性能的影响。由于此托盘通过螺栓安装在地板或支架上，本文分析此托盘结构的约束模态性能，以及横向和纵向加强筋对其影响的一般规律，分析模型中电池单元的质量通过RBE3单元连接到了相应的安装位置。横向加强筋的影响分析对比结果如下图5所示，纵向加强筋的影响分析对比结果如下图6所示。

由图5可以看出，横向加强筋数目由少到多的过程中，其一阶约束模态频率逐步提高，每多增加一条横向加强筋，其模态频率提高约1-2.5Hz，可见横向加强筋数目对本托盘的一阶约束模态频率有较大的影响，横向加强筋越多，其一阶约束模态频率越高。

由图6可以看出，纵向加强筋对托盘约束模态的影响比较复杂，从1条增加到两条后，其一阶约束模态频率提高3Hz，但是从2条增加到3条后，一阶以约束模态频率反而下降0.4Hz，所以不能通过增加纵向加强筋的数目来提高此类托盘结构的一阶约束模态频率。

由图7可以看出，纵向加强筋和横向加强筋的组合结构能够较大的提高一阶约束模态频率，在纵向加强筋和横向加强筋的结构基础上，增加横向加强筋能够有效地提高结构的一阶模态频率，但是增加纵向加强筋反而会使一阶约束模态频率下降，因此，在设计此类零件时，应该在满足成本和制造工艺性能要求的前提下，尽量多布横向加强筋，而只需要布置一条纵向加强筋。

3电池托盘的加强筋拓扑优化

形貌优化是一种通过优化零件加强筋的分布和尺寸来最优化钣金件结构的优化方法，通过对加强筋结构的优化分布，使钣金件结构在减轻重量的同时能满足强度、刚度等性能要求。形貌优化通过在可设计区域中根据节点的扰动来确定加强筋的最佳位置和最优化参数，为钣金件的设计提供优化方法，由于质量和体积在形貌优化中对设计修改不灵敏，因此在形貌优化中一般不使用质量体积作为约束和目标。

本文以约束模态和Z向-3G加速度的组合工况对此电池托盘进行形貌优化的研究，建立设计区域如下图8所示红色区域所示，以-3G工况下的最大位移为约束条件，最大化一阶约束模态频率为优化目标，经过18次迭代以后，达到收敛，得到形貌分布如图8所示。

由图8可以看出，在约束模态和Z向-3G加速度的组合工况下，此托盘结构的最佳加强筋分布图。结合拓扑优化结果与制造工艺性和电池安装位置的要求，设计此托盘的加强筋分布如图9所示，采用梯形截面的加强筋，在托盘结构较大平面部分采用5条横向加强筋和一条纵向加强筋，对其进行约束模态频率的分析结果如图9所示，其第一阶约束模态频率为80.3Hz，达到了设计要求。