电池箱是电动汽车的核心部件之一，设计高强度、高刚度、高安全性、高轻量化的电池箱[1]，对电动汽车的发展具有重要意义。相关文献为电池箱的强度分析和结构优化提供了有益的参考，但是，这些研究大多是建立粗略的电池箱模型，采用均布载荷或质量点的形式进行加载，并没有考虑电池组的内部结构、电池组与箱体的接触非线性、BMS等电气附件对箱体变形的影响，力的传递路径与实际情况并不吻合[2-4]。相关研究表明，过于简化的电池箱模型会导致响应的严重失真，进而影响后续的结构优化。为了精确地分析电池箱箱体的结构响应，本文保留了电池组内部电芯、电芯压杆、螺柱等传力部件，建立了考虑电池组、托架、压板、加强板、紧固螺栓、BMS电气附件以及外壳的精细化模型。

拖拉机运行中，变速后出现自由跳档现象，主要是拔叉轴槽磨损、拔叉弹簧变弱、连杆接头部分间隙过大所致。此时应采用修复定位槽、更换拔叉弹簧、缩小连杆接头间隙，挂档到位后便可确保正常变速。

1 电池箱精细化有限元模型

目前的研究大部分采用质量点模拟电池组，虽然建模速度快，计算时间少，但是电池组对箱体冲击力并不是均匀分布在箱体上，箱体变形并不符合实际。因此，有必要建立考虑电池箱内部电芯、托架及BMS等电气附件的精细化有限元模型。

某动力电池包由5组电池模组、托架、托脚、压板、加强板、紧固螺栓、BMS电气附件、箱体和箱盖等组成。电池组通过底板的横梁和纵梁固定，向上则由压板及螺栓固定，每一个电池组由16 Ah的三元材料电芯通过“13并3串”的方式构成，电池包的基本参数如表1所示。

 

表1 动力电池包的基本参数

  

电池箱材料总质量电池组质量总电能总电压总电流Q235175kg130kg23kW·h110V208Ah

电池组内部有许多电部件，结构十分复杂，考虑到仿真的难度和准确度，该精细化电池箱模型主要体现在以下几个方面：

按照2012年《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》，水功能区水质达标率是最严格水资源管理的三条红线之一，即纳污红线。水功能区达标率考核有时间上和空间上的要求。水功能区达标率的指标，确定充分考虑了不同流域（区域）的开发利用程度和河流现状水质的差异性，以及污染源控制的长期性，在时间上按照不同水平年，确定了相应的水功能区达标率指标，如按照水利部的指标分解，长江流域重要水功能区水质达标率：2020年为87%，2030年为95%；西南诸河2020年达标率92%，2030年为95%。

肢体语言作为一种非有声语言，与有声语言交流起着相互映衬的作用。有时在对课文进行讲解时，有声语言不足以将课文中想要表达的感情表达出来，这时便需要借助肢体语言(动作)，来共同完成这节课的讲解。例如，在讲解《斜塔上的实验》时，学生会对这一实验感到陌生，这时教师在导入中可以采用肢体语言表达的方式，通过实验展示出重物和轻物在一样的环境下，由上方下落的情况，从而引出课本中伽利略在比萨斜塔上做轻重两个物体同时落地的实验，并进行对照，引导学生要学习伽利略敢于挑战权威、大胆想象并勇于实践的精神。

2) 保留电池组主要的传力部件，例如上压杆、内压杆、固定螺栓和外壳，保证电池组的惯性冲击力按精确的路径作用到箱体底板。

3) 考虑电池组与底板、压杆与电池组之间的接触非线性，保证电池组的惯性冲击力按精确的大小作用到箱体底板。

此外，还有学者从高学历低收入、较低职业声望的经济学角度和高校未提供优秀的组织文化导致集体归属感不够的文化学角度对高校基层行政管理人员的职业倦怠现象进行研究。

4) 简化程度低，仅仅忽略对静强度影响不大的电芯连接镀镍铜片、模块连接片等。

由于箱体、压杆、底板等部件多为板壳类结构，所以采用壳单元模拟；电池组采用六面体单元模拟；电池组内部的固定螺栓不承载电池组载荷，采用CBEAM梁单元模拟；上压板与底板的紧固螺柱起局部加强作用，采用六面体单元建模；托脚与箱体、箱体和箱盖、托架和压板等之间的螺栓连接不发生强度失效，采用REB2刚性单元模拟；电池箱托架之间的点焊、加强板的焊接等采用焊接单元CWELD模拟；电池组与托架、托脚与箱体、托架与箱体之间的接触均建立非线性接触。电池箱的精细化模型如图1所示，单元尺寸为5 mm × 5 mm，共计单元289 503个，节点325 832个，雅克比最小为0.7，质量非常高。

采用质量点模型和精细化模型对电池箱的静态性能进行对比分析。与传统的质量点模型相比，全接触式的精细化电池箱模型的传力大小和路径更为准确，得到的形变和应力更符合实际。采用尺寸优化的方法，改善了电池箱的材料分布，虽然安全系数有所减小，形变有所增大，但是都在合理范围内。最终电池箱减重2.82 kg，优化目标得以实现。

  

图1 电池箱精细化模型

2 电池箱静强度的对比分析

电池箱静强度分析的加载方式主要有均布力、均布载荷、质量点等，这3种方式往往需要很大的动载系数，电池箱的应力和变形十分保守。为对比不同加载方式的响应差异，分别采用质量点模型和精细化模型进行加载。电动汽车行驶工况繁多，不可能一一穷尽。文献[5]选取了垂向颠簸、左转弯、右转弯、前进制动、倒车制动5种工况，分析表明垂向颠簸工况下电池箱的应力状况最恶劣，安全系数最小，为1.54。故本文以颠簸工况为参照，对整体施加垂向加速度3g(z负方向)。电池箱通过托脚和螺栓连接在车架上，故约束托脚螺栓孔处中心点x、y、z方向的平动和转动自由度，模拟与车架的固定连接。

2.1 形变分析

由前面的分析可知，精细化模型的形变和应力分布更符合实际，结构优化应采用精细化模型某电池箱总重约45 kg，占整个电池包的25.7%，过于笨重。通过前面的静强度分析发现，除了电池箱托脚的螺栓孔出现了应力集中外，大部分的钣金件应力分布均匀，应力值均小于100 MPa，设计过于保守。据有关数据统计[8]，汽车总质量每下降10%，能耗就能降低6%～8%，因而有必要对电池箱进行优化设计。

另外，在描写广东抗日将士抗战的时候，“浴血奋战，纾难救国”仅仅被翻译成“Guangdonggarrison fought against the Japanesearmy in battlefield.”，并没有把四字成语那种强烈的情感色彩给翻译出来，可归化翻译成“Guangdong garrison were kept at bay in a fierce battle against the Japanese army”，会更加能让外国旅客体会到当时战争的激烈程度以及战士们奋勇抗战的决心。

随着以农民负担为典型的“三农”问题日益恶化，在进入21世纪之际，国家开始进行农村税费改革，并在2006年取消了千年之久的农业税和专门面向农民的各种收费。国家之所以能取消农业税费，其中关键是中国已经完成工业化，农业产值占国民生产总值的比例较小，农业税费在国家财政收入所占比重已微不足道。从这个意义上讲，国家取消农业税既是不得不为之举，又具备取消农业税的财政条件。

  

图2 质量点模型形变云图

2) 精细化模型。采用精细化模型的形变分布如图3所示，由图可知，托架的最大形变发生在底板C处，最大形变量为0.12 mm。形变主要表现为底板C、纵梁A以及固定梁B的垂向弯曲，并没有呈现出如图2所示的中心向外辐射状。底板C、纵梁A处形变较大，是因为该侧布置了3个电池组，惯性冲击载荷较大。模型的柔度为22 mm/N，刚度大幅提高。

  

图3 精细化模型形变云图

本文采用尺寸优化的方式，以精细化模型的颠簸工况为优化工况，寻求满足静强度要求下质量最优的电池箱；选取电池箱的加强梁、加强板、横梁、固定梁等钣金件为设计变量，并给设计变量指定响应及性能约束。为使结构具有一定的优化空间，将应力约束的最大上限值设定为许用应力156 MPa，最大形变量由0.12 mm放宽到0.20 mm；目标函数为质量最小。

1) 因电芯数量过多，考虑到建模的时间、计算量、接触面，将12个电芯组成的电池组视为一个实体，传力的大小和路径比质量点更精确。

2.2 应力分析

1) 质量点模型。采用质量点模型的应力分布如图4所示，由图可知，底板的应力分布很不均匀，最大等效应力出现在d处托脚螺栓孔附近，为101 MPa，安全系数为2.3。

  

图4 质量点模型应力云图

2) 精细化模型。采用精细化模型的应力分布图如图5所示，由图可知，托架底板整体的应力较低，最大等效应力为102 MPa，出现在D处托脚螺栓孔附近，安全系数为2.3。

  

图5 精细化模型应力云图

这两种模型的最大等效应力很接近，均出现在托脚的同一个螺栓孔处；底板中部肋上的应力值也很接近，约为25 MPa。这说明质量点模型和精细化模型的托脚螺栓孔、底板的应力分布差异较小。因此，质量点和精细化模型两种加载方式对最大应力的位置和大小影响不大。

其次，空空如也的木桶是多么沉重！因为他装载的不只是煤炭，更是鲜活的肉身，这活着的该死的肉身实在太沉重，他既有尊严感却又偏偏需要物资的侍候，想象一下骑桶者每次提着空桶前去借煤时的惶恐不安且借而不得的绝望与屈辱，他该有多么痛恨这肉身的沉重！为什么肉身就不能轻盈起来呢？——必须骑着木桶前去，如此就好像把沉重的生活骑在了胯下；必须骑着木桶前去，如此肉身就轻盈起来；轻盈的肉身，把沉重的生活骑在胯下的肉身，是活着的根本目的。——木桶必须飞起来。显然，这是木桶飞起来的生存论依据，他超越于地球引力之上，是合乎情理的心理现实。

3 电池箱结构优化

1) 质量点模型。在质量点模型中，由于箱体和箱盖仅仅起到密封、绝缘的作用，并不直接承受电池组载荷，所以重点研究托架的变形和应力。采用质量点模型的形变分布如图2所示，由图可知，托架的整体变形表现为底板a、压板b中心的垂向弯曲，形变量由底板a中心位置向外呈辐射状减小，最大形变量为0.58 mm；模型的柔度为568 mm/N。

由于质量点模型和精细化模型的传力大小和路径不同，导致最大形变出现的位置和大小也不同，精细化模型的形变更符合实际。

经过25次迭代后，各个设计变量最优厚度如表2所示。

 

表2 设计变量优化前后对比

  

设计变量初始/优化后厚度/mm初始/优化后应力/MPa优化后圆整值/mm加强梁5/4 3121 6/25 14 3加强板3/1 50 20/0 241 5横梁11 6/323 7/27 73横梁22/1 527 5/32 11 5固定梁2/1 512 5/14 61 5

除横梁1厚度增加外，其余梁和板厚度均有所减小。这是因为横梁1承载着电池模块，其厚度的增大对形变量的减小起到了正相关的作用。优化后的电池箱最大形变为0.19 mm，依然发生在底板C处，形变的分布与优化前相似。优化后的最大应力依然出现在图5 D处的螺栓孔，最大应力为118 MPa，较优化前增大了16 MPa，安全系数为1.99，符合强度要求。优化后电池箱总质量由45.12 kg减小到42.30 kg，减少了6.3%，优化效果明显。

4 结束语

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根据材料力学理论[6]，在一般的静强度分析中，塑性材料的安全系数一般取1.5～3.2。文献[7]对电池箱的静力学形变给出参照，在3g加速度载荷下，电池箱内结构件的形变量不得超过3 mm。所以，综合两种建模方式的静态响应结果，最大应力和最大形变都满足要求。

参考文献：

[1] 张宇,曹友强,洪贤军，等.电动轿车电池箱体轻量化研究[J].现代制造工程,2014，37(1):38-41.

[2] 冯富春，史晓妍，刘丽荣，等.基于Ansys Workbench的动力电池箱体有限元分析[J].电源世界，2014,17(11):33-35.

[3] 廖萍，周陈全，倪红军，等.基于Workbench的电池组支架结构分析及优化[J].制造业自动化，2014,36(14):30-32.

[4] 姜高松.某纯电动汽车电池箱结构设计分析及优化[D].长沙：湖南大学，2016.

[5] 王露.电动汽车动力电池箱结构稳健优化设计[D].北京：北京理工大学，2016.

[6] 刘鸿文.材料力学:第5版[M].北京：高等教育出版社，2011：22-23.

本调查的研究方法包括：①访谈法：访谈法是目前比较普遍使用的一种方法，主要是通过与被调查对象进行面对面的实地沟通，通过语言交流来直接进行资料收集，访谈法在一定的程度上有较高的准确性。本研究通过对高校团委老师、团委学生干部以及在校大学生进行的针对性访谈，为研究得出更为准确的事实依据。②文献法：文献法是指通过查阅、整理、分析已有的文献资料，了解教育事实，探索教育现象的研究方法。本研究采用文献研究法，参考国内硕、博论文、权威期刊论文、相关书籍及权威网站文章和国外重要期刊的论文、著作等，对其进行筛选、分类、整理，为论文的研究提供基础。

[7] 王芳，夏军，等.电动汽车动力电池系统安全分析与设计[M].北京：科学出版社，2016：35-36.

[8] 周美施,尹怀仙,张铁柱，等.考虑疲劳寿命的负载隔离式电动汽车车架轻量化研究[J].公路与汽运，2016,32(4):1-4.