1. 引言

日益激烈的市场竞争已使各汽车公司越来越清楚地意识到：能比别人更快地推出优秀的新产品，就能占领更多的市场。为此，有限元仿真分析作为能缩短产品开发周期的得力工具，被越来越频繁地引入了产品的设计与生产的各个环节。

由于汽车在批量生产以后改进设计的成本显著地高于汽车在研发初期改进设计的成本，所以，应该从汽车产品设计阶段就开始用有限元仿真分析进行模拟分析，发现产品设计中的隐患，优化结构设计，使有关部门可以只对一种较优的设计方案进行试制和试验，减少试制、试验费用，缩短新产品的研发周期，使新产品早日投入市场，增强企业的竞争力。

本文借助 Abaqus 软件，运用有限元仿真分析的方法，在产品设计阶段就对某车型的蓄电池支架进行强度分析，预测结构的性能，并根据分析结果对结构进行优化。

图 1 某车型的蓄电池支架结构图

2. 有限元分析

2.1 分析模型

本次分析仅截取最关注的蓄电池支架进行建模，支架采用 SHELL 单元模拟，单元数量14926，节点数量 16499，考虑支架的材料非线性，在蓄电池与压板、支架之间分别建立接触。有限元模型如下图所示：

图 2 有限元分析模型

2.2 分析数据

蓄电池的质量为 17 Kg螺栓预紧力计算公式：

M=P*K*d*0.001

M 为拧紧力矩，P 螺栓预紧力，K 为拧紧扭矩系数，K=0.284，d 为螺纹直径

螺栓拧紧力矩 M=7 N*M，螺栓直径 d=6 mm,

通过以上公式可以计算出本次分析所用螺栓预紧力 P=4108 N。

2.3 边界条件

约束蓄电池支架与纵梁连接位置 6 个方向自由度。在考虑蓄电池的安装螺栓预紧力的基础上，以重力场方式施加载荷。

3. 分析结果

图 3 分析结果云图

分析计算得到支架上最大应力为 160 MPa，出现在吊耳两侧，超过了材料的屈服强度，发生了塑性变形。

结合以上的计算结果，经分析得到支架变形的原因：吊耳处截面突变造成刚度不连续，吊耳刚度弱，且吊耳两侧没有圆角，折弯处应力集中，最后导致支架强度不足。

4. 结构优化分析

4.1 优化方案

针对结构存在的不足，我们提出以下优化方案：延长加强筋及增大吊耳的宽度来提高吊耳的局部刚度，并在吊耳两侧增加了圆角，避免此处应力集中。

图 4 优化方案图

4.2 优化方案分析结果

图 5 优化方案分析结果云图

优化方案的最大应力为 144 MPa，小于材料的屈服强度，且最大应力点的位置也避开了吊耳两侧，此方案可以满足强度要求。

5. 结论

本文利用 Abaqus 强大的材料非线性、接触及预紧力等分析能力，在产品设计阶段就对蓄电池支架进行强度分析，并针对结构不足，提出了改善方案，提高产品了质量，缩短了研发期。

资料来源：达索官方