电动汽车机械结构的有限元分析方法设计

陶晓庆

摘 要：随着经济的发展，汽车在人们的日常生活中占据着越来越重的位置，对于电动汽车的机械结构要求也越来越多，本文主要对有限元法进行分析，对于电动汽车的机械结构的设计进行探究，给出电动汽车机械结构中有限元的分析策略。

關键词：电动汽车；机械结构；有限元法

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

0 引言

汽车的大量使用使得环境问题越来越突出，新能源汽车代替传统的燃料汽车是整个汽车行业发展的趋势，电动汽车的出现是顺应形势的现象，电动汽车的内部结构设计使得其节能环保的功能更高，可以满足现代社会对汽车的要求。有限元分析方法结合计算机辅助技术，可以对电动汽车的结构性能进行更为科学的分析，实现机械结构的优化，加强对电动汽车机械结构的有限元分析可以保证企业降低开发成本，提高电动汽车的质量，对于促进电动汽车的机械结构的改进有着重要意义。本文以普通电动汽车的机械结构入手，结合计算机辅助技术，阐述电动汽车机械结构的有限元分析方法，为电动汽车机械结构的安全性分析提供一定的分析依据。

1 有限元法概况

1.1 简介

伴随着计算机技术的发展，有限元法是一种新型的现代计算方法，主要用于求解偏微分方程的边值问题的近似解，求解方法是将整个区域进行分解，使得每个子区域的求解方式更为简单，借助变分方法，保证误差函数达到最小值并保持稳定。由于在实际问题中很多计算难以达到精确，有限元的计算精度高而且可以适应各种复杂的情况，所以，在实际的问题中应用非常广泛。

1.2 分析方法

（1）对物体进行离散化，主要在进行工程分析时将工程的结构离散为由不同的单元组成的计算模型，利用节点将各个单元模型连接起来，对于节点的确定由实际变形形态的需要以及计算的精度来确定。（2）选择位移模式对于有限元的节点进行合理的选择，位移法主要是可以实现计算的自动化，在有限元法的分析中应用很广泛。（3）对于单元的力学结构进行分析，对材料的性质、形状、尺寸等进行合理的分析，保证各个单元的力学性质满足汽车机械结构设计的强度和刚性要求。通过单元节点对整个机械结构的力学方程式的建立有着重要意义。（4）对等效节点力的计算，在对汽车机械结构进行离散化之后，对于等效的节点力进行确定，保证力的传递可以做到准确，不会出现力分布不均衡的情况。

1.3 应用

主要应用在固体力学、流体力学以及热的传导、电磁学等方面，在整个汽车机械结构设计中有着很广泛的应用，可以对汽车机械结构的刚性和强度进行计算，保证汽车运行的安全。

2 电动汽车的机械结构的有限元分析

2.1 有限元分析一般流程

（1）制定有限元分析方案，包括对分析对象、类型以及目的的确定。（2）运用于汽车结构模型，对于汽车结构模型进行信息整理，包括CAD模型、材料属性、载荷工况、边界约束以及连接关系等，根据相关的模型信息建立有限元模型，进行有限元模型的检查，包括对网格划分、单元质量以及焊点处理等，检查是否满足载荷与边界约束条件，如果不满足那么应该重新建立有限元模型，如果满足，进行求解计算，对结果进行初步分析，对结果进行讨论确定。（3）经过样车试验进行有限元模型的检验，如果试验结果达到预期效果，那么就可以进行模型确认。（4）对实验进行分析进行设计结构的修改与优化，对整个有限元分析进行存档保存，整个分析任务完成。

2.2 汽车机械结构的强度及刚度分析

为了保证汽车机械结构的质量，必须对材料的疲劳性能、断裂韧性以及发生撞车时能够吸收的能量进行严格的分析，保证设计材料的刚性和强度能够满足汽车机械设计的要求，如果对于汽车机械结构的设计正确的话，那么汽车机械结构的材料都具有很好的吸收冲击力的能力，在发生变形的初级阶段都可以经过一定的形变对冲击能量进行吸收。汽车的强度主要在于承受的载荷的大小，一般表示机械结构强度主要是工作应力的峰值，汽车结构的刚度是指汽车在运行过程中允许的形变范围，是结构的抵抗变形的能力，对于保证乘客的生命安全有着重要的作用。在进行汽车机械结构的设计时对于刚度是整个设计应该注意的主要问题，如果刚度满足要求，那么强度也可以达到要求。

我国对于汽车高强度钢板的设计要求为，对于普通的高强度钢板来说，抗拉能力以及屈服强度的要求较低，通过一定的传统工艺即可将普通强度的钢板设计成高强度钢板。对于很多先进的高强度钢板需要借助先进的设备及相关的工艺方法，才能生产出来。例如，双相钢板、复相钢板等。

对于机械结构的设计需要进行材料准备，根据实际的设计需要选择合适的材料，根据整车结构对机械结构进行三维结构的初步确立，通过CAE技术分析对于材料的刚度和强度进性检验，以满足设计需要。运用NVH技术分析有限元模型是否满足汽车的整个模态要求，可以通过增加固定点进行改进。

2.3 汽车机械结构有限元的分析过程

主要分为四个阶段，首先进行样车的运行试验以及分析，保证对于整车的结构有一定的了解。其次，进行概念设计，保证有限元模型的设计满足相应的感念。再者，对于整个设计阶段进行合理的划分，然后对阶段进行相关的分析。最后，对于产品的批量生产进行设计的改进，保证汽车机械设计可以满足运行要求。

对于机械结构的刚性分析应该对于其力学性能进行有限元分析，保证有限元的输出量预实验的预期物理量相同。对于强度的有限元分析，主要对于Mises应力进行考虑，对变形能量的分布规律率和水平进行分析，保证汽车机械结构的抗疲劳能力可以达到汽车运行的要求。

3 总结

对于电动汽车的机械结构的设计需要以满足高压动力驱动系统所需要的强度和振动要求为前提，保证电动汽车的安全，不会发生漏电现象，对驾驶员的人身安全造成影响，当前，对于电动汽车机械结构的内部设计没有统一的标准，在进行设计时运用有限元分析法进行分析，对设计要求进行掌握，以满足实际的设计需要为准，保证电动汽车的机械结构的的强度满足要求。在进行电动汽车机械结构的设计技术上，我国与发达国家仍然存在着一定的差距，所以，在进行设计时应该对先进技术进行研究，促进我国电动汽车行业的发展。

参考文献：

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