一种基于CAE的锂电池插箱的振动夹具的设计方法与流程

一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法
技术领域
1.本发明涉及锂电池的制造技术领域，特别涉及一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法。


背景技术：

2.众所周知，振动试验是指评定产品在预期使用环境中抗振能力而进行的试验。受试产品的夹具是试验前准备过程中必须考虑的环节，夹具是起连接或转接的过渡件，夹具的好坏直接影响试验进行的好坏。
3.对于锂电池插箱的振动试验，传统的设计过程是结构工程师根据锂电池插箱的实际安装情况和振动台的规格并结合经验，确定振动夹具的形状、厚度、固定方式和位置、连接孔的大小等。然后制造夹具并完成锂电池插箱的振动试验。
4.但是，现有技术中的锂电池振动夹具设计是否合理，夹具本身没有经过振动测试，没有了解其动态刚度与结构强度是否满足试验要求。如果振动夹具设计不合理容易使试验试件受到夹具的影响，造成的振动试验结果产生失真。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法，以保证振动夹具的设计合理性。
6.一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法，所述振动夹具包括一个振动台，四个设置在所述振动台上并分别位于所述锂电池插箱的四周的l形顶板，一条设置在相对设置的两个l形顶板上的平面压板，以及多个分别用于固定所述l形顶板与振动台的紧固件，所述基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法包括如下步骤：
7.a：提供一个初始化设置模块，所述初始化设置模块用于设置所述l形顶板的厚度，以及所述振动夹具的固有频率目标值；
8.b:提供前处理软件，将所述振动夹具的结构数据导入cae的前处理软件中，以对该振动夹具进行网格划分，材料和属性的赋予，以及边界条件的加载；
9.c：提供求解器，对该该振动夹具的第一阶固有频率进行求解以获得振动夹具的测试频率；
10.d:提供一个比较模块，所述比较模块用于将所述振动夹具的测试频率与所述固有频率目标值进行比较；
11.e:当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求；
12.f：当测试频率小于所述固有频率目标值时，对所述l形顶板的厚度进行增加；
13.g：重复步骤b至f一次；
14.h：当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求；
15.i:当测试频率小于所述固有频率目标值时，增加所述l形顶板与振动台的紧固件数量，并重复步骤b至d；
16.j:当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求，当测试频率小于所述固有频率目标值时，重复步骤b至c与h直到测试频率大于或等于所述固有频率目标值。
17.进一步地，所述求解器为有限元结构分析求解器。
18.进一步地，所述l形顶板包括一个固定设置在所述振动台上的第一板，一个与该第一板固定连接并抵靠在所述锂电池插箱上的第二板，以及多排设置在所述第一板上的紧固件穿槽。
19.进一步地，所述紧固件穿槽的延伸方向平行于两个相对设置的l形顶板的排列方向。
20.进一步地，所述l形顶板还包括一个设置在所述第一板与第二板之间的加强筋，所述紧固件穿槽具有两排，并分别对称地设置在所加强筋的两侧。
21.进一步地，所述加强筋位于所述第一板的中线位置。
22.进一步地，在步骤f中，只增加所述l形顶板的厚度一次。
23.进一步地，在测试频率小于所述固有频率目标值之前，至少执行一次步骤f。
24.进一步地，所述测试频率为所述振动夹具的第一阶固有频率。
25.进一步地，当所述第一阶固有频率大于所述锂电池插箱的振动试验频率的最大值时，所述振动夹具符合振动试验的要求。
26.与现有技术相比，本发明提供的基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法在夹具设计过程中引入cae结构分析，在计算机上建立夹具的虚拟样机，利用cae强大的数值计算能力，获取所述振动夹具的力学性能，从而可以尽快地获得该振动夹具的第一阶固有频率，并快速判断该振动夹具是否符合要求，若不符合则增加该振动夹具的l形顶板的厚度，而且一次性将该l形顶板的厚度增加到最大值，然后再进行测试。如果该振动夹具的第一阶固有频率还不符合要求，则增加紧固件的数量，而紧固件的数量可以增加多次，即重复多次，多次增加紧固件的数量，直至该振动夹具的第一阶固有频率符合要求，这不仅可以快速达到目的，而且使用最合适数量的紧固件，以减轻整个振动夹具的重量，提高振动夹具的试验寿命，同时减少了振动夹具对所述锂电池插箱的振动试验的影响。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法中所使用的振动夹具的结构示意图。
28.图2为图1的基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法的流程图。
具体实施方式
29.以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
30.如图1所示，其为本发明提供的一种基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法所使用的振动夹具的结构示意图。所述振动夹具用于对一个锂电池插箱10进行夹持固定以进行振动试验。所述锂电池插箱10本身为现有技术，其包括有外框，以及设置在该外框中的锂电池组。所述锂电池插箱10不为本发明的创新点，在此不对其进行详细说明。在对该锂电
池插箱10进行振动测试时，其振动试验频率范围为5hz～200hz，因此所述振动夹具的一阶固有频率必须大于200hz，这样才可以保证该振动夹具不会与该锂电池插箱10发生共振，而使振动试验的测试值严重失真。另外，该振动夹具的一阶固有频率也不可以小于5hz，因为如果振动夹具的一阶固有频率小于5hz，那么二阶固有频率、三阶固有频率也会到达5hz～200hz之间，从而使得该振动夹具与电池插箱10发生共振。所述振动夹具包括一个设置在振动试验机上的振动台20，四个设置在所述振动台20上并分别位于所述锂电池插箱10的四周的l形顶板21，以及一条设置在相对设置的两个l形顶板21上的平面压板22。所述振动台20为一个平面结构。为了达到提高振动试验的精度的目的，所述振动台20的台面的平面度的精度应当很高。所述l形顶板21包括一个固定设置在所述振动台20上的第一板211，一个与该第一板211固定连接并抵靠在所述锂电池插箱10上的第二板212，一个设置在所述第一板211与第二板212之间的加强筋213，多排设置在所述第一板211上的紧固件穿槽214，以及多个分别穿设在所述紧固件穿槽214中并固定在所述振动台20上的紧固件215。所述第一、第二板211、212都为平板结构，且其与所述锂电池插箱10和振动台20的接触面的平面度也应当很高以提高测试精度。四个所述l形顶板21应当对称设置，以使得振动时可以在各个方向相互平衡。所述加强筋213设置在所述第一、第二板211、212的中线上，以达到对称设置的目的。多排所述紧固件穿槽214分布在所述加强筋213的两侧且对称分布。所述紧固件穿槽214的延伸方向与两个相对设置的l形顶板21的排列方向平行，以实现振动台20的质量的对称分布。所述紧固件215用于将所述第二板212固定在所述振动台20上。为了使整个振动夹具的安装牢固可靠，所述紧固件215优先螺栓连接。所述平面压板22设置在两个相对设置的l形顶板21上，以压紧该锂电池插箱10，从而固定该锂电池插箱10。
31.在完成对该锂电池插箱10的夹装后，即可测试该振动夹具的一阶固有频率是否符合要求，从而对该振动夹具进行优化，以使该振动夹具的一阶固有频率大于所述锂电池插箱10的最大振动试验频率。在本实施例中，所述振动夹具的一阶固有频率应当大于200hz，以避免该振动夹具与所述锂电池插箱产生共振。该振动夹具的设计是基于cae(computer aided engineering)，即计算机辅助设计软件而进行的设计。如图2所示，所述基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法包括如下步骤：
32.a：提供一个初始化设置模块30，所述初始化设置模块30用于设置所述l形顶板21的厚度，以及所述振动夹具的固有频率目标值；
33.b:提供前处理软件，将所述振动夹具的结构数据导入cae的前处理软件中，以对该振动夹具进行网格划分，材料和属性的赋予，以及边界条件的加载；
34.c：提供求解器，对该该振动夹具的第一阶固有频率进行求解以获得振动夹具的测试频率；
35.d:提供一个比较模块40，所述比较模块40用于将所述振动夹具的测试频率与所述固有频率目标值进行比较；
36.e:当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求；
37.f：当测试频率小于所述固有频率目标值时，对所述l形顶板的厚度进行增加
38.g：重复步骤b至f一次；
39.h:当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求；
40.i：当测试频率小于所述固有频率目标值时，增加所述l形顶板与振动台的紧固件
数量，重复步骤b至d；
41.j:当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求，当测试频率小于所述固有频率目标值时，重复步骤b至c与h直到测试频率大于或等于所述固有频率目标值。
42.在步骤a中，所述初始化设置模块10可以为计算机程序中的一个功能模块，其用于根据实际的需要来设置所述l形顶板21的厚度，以及所述振动夹具的固有频率目标值。所述初始化设置模块10可以与用户进行互动，即可以由用户自由地根据实际情况来选择。所述l形顶板21的第一、第二板211、212，以及加强筋213都可以任意地设置，即通过在cae软件来设置其厚度。所述振动夹具的固有频率目标值应当是其本身所固有的属性，即在振动试验台的振动频率一定时，所述振动夹具的固有振动频率也应当是一致的，例如一座大桥，其振动频率是一致的，只有当外界激励如行军的部队按踢正步的频率与该大桥的振动频率一致时，才会形成共振。如前所述，所述固有频率目标值应当大于所述锂电池插箱10的最大振动试验频率，以保证该振动夹具的无论第几阶频率都将大于所述锂电池插箱10的最大振动试验频率，从而可以避免所设计的振动夹具与所述锂电池插箱10发生共振。
43.在步骤b中，通过三维设计软件如solidwork等软件设置出振动夹具的三维模块，确定该振动夹具的结构形式，材料厚度，紧固件穿槽214的大小及位置，网格划分，材料和属性的赋予，以及边界条件的加载等等。同时，通过该三维设计软件，上述的特征都已经数字化了，从而有利于后续的分析与计算。
44.在步骤c中，所述求解器也由现有的一种软件来执行，该软件可以为有限元结构分析求解器，如abaqus、ansys、msc等。有限元结构分析求解器本身为一种现有的软件，其可以根据用户的需要求解得到某些参数，如热传导、电磁场、流体力学等连续性问题，当然也包括振动频率的计算。可以理解的是，利用这些软件如何来求解该振动频率，应当为一种现有技术，在此不再详细说明。
45.在步骤d中，所述比较模块20将所述振动夹具的测试频率与所述固有频率目标值进行比较，从而即可以知道该振动夹具的第一阶固有频率是否符合要求。
46.在步骤e中，当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求，从而即可使用该振动夹具夹持所述锂电池插箱来进行锂电池插箱的振动测试。
47.在步骤f中，而当测试频率小于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具的第一阶固有频率小于所述锂电池插箱10的最大振动试验频率，则在振动夹具在使用过程中，必然在某个时候该振动夹具的振动频率与所述锂电池插箱10的振动频率相等或相近，从而发生共振，进而影响该锂电池插箱10的振动试验结果。在当振动夹具的第一阶固有频率小于所述锂电池插箱10的最大振动试验频率时，需要对所述l形顶板21的第一、第二板211、212及加强筋213的厚度进行增加，以增加该l形顶板21的刚度。但是，无论l形顶板21的厚度增加再多，往往还是不能该振动夹具的第一阶固有频率，这是由于振动夹具本身的特征所决定的。因此，在此往往会将该l形顶板21的厚度增加到最大值。然后再重复步骤b至f一次，以检测厚度增加后的振动夹具是否符合要求。
48.在步骤g中，当重复步骤b至f后，如果当测试频率大于或等于所述固有频率目标值时，则认为该振动夹具符合要求，此时即可使用该振动夹具夹持所述锂电池插箱来进行锂电池插箱的振动测试。
49.在步骤h中，当测试频率小于所述固有频率目标值时，增加所述l形顶板21与振动台20的紧固件214的数量，以增加该l形顶板21与振动台20的强度。通过增加紧固件214的数量而提高该l形顶板21与振动台20的强度后，则可进一步提高该振动夹具的第一阶固有频率。然后重复步骤b至d，直至该振动夹具的第一阶固有频率大于所述固有频率目标值。当然，在增加所述紧固件214时，应当对称性地为每一个l形顶板21增加，而不应只为某一个l形顶板21增加。
50.与现有技术相比，本发明提供的基于cae的锂电池插箱的振动夹具的设计方法在夹具设计过程中引入cae结构分析，在计算机上建立夹具的虚拟样机，利用cae强大的数值计算能力，获取所述振动夹具的力学性能，从而可以尽快地获得该振动夹具的第一阶固有频率，并快速判断该振动夹具是否符合要求，若不符合则增加该振动夹具的l形顶板21的厚度，而且一次性将该l形顶板21的厚度增加到最大值，然后再进行测试。如果该振动夹具的第一阶固有频率还不符合要求，则增加紧固件214的数量，而紧固件214的数量可以增加多次，即重复多次，多次增加紧固件214的数量，直至该振动夹具的第一阶固有频率符合要求，这不仅可以快速达到目的，而且使用最合适数量的紧固件214，以减轻整个振动夹具的重量，提高振动夹具的试验寿命，同时减少了振动夹具对所述锂电池插箱10的振动试验的影响。
51.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。