新能源汽車及動(dòng)力電池系統(tǒng)的輕量化技術(shù)及應(yīng)用課件

新能源汽車及動(dòng)力電池系統(tǒng)的輕量化技術(shù)及應(yīng)用新能源汽車帶來的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)清華蘇州研究院汽車輕量化中心簡介新材料新工藝高級(jí)力學(xué)特性與仿真技術(shù)動(dòng)力電池PACK包的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)與電池包應(yīng)用新能源汽車帶來的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)清華蘇州研究院汽車輕量化中心簡介新材料新工藝高級(jí)力學(xué)特性與仿真技術(shù)動(dòng)力電池PACK包的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)與電池包應(yīng)用材料與接頭

零部件層級(jí)

子系統(tǒng)層級(jí)

整車層級(jí)

汽車輕量化技術(shù)中心是清華蘇州汽車研究院直屬的新材料新工藝輕量化零部件開發(fā)平臺(tái)聚焦先進(jìn)高強(qiáng)鋼，鋁鎂合金，以塑代鋼以及復(fù)合材料零部件模塊化與輕量化從材料部件系統(tǒng)整車從選材結(jié)構(gòu)工藝性能全面的汽車輕量化工程解決方案中心簡介面向新能源汽車設(shè)計(jì)開發(fā)的輕質(zhì)材料與連接接頭力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫

金屬材料高強(qiáng)鋼HSS(PHS)鋁合金Aluminum鎂合金Magnesium非金屬材料工程塑料Plastic泡沫Foam復(fù)材FRP橡膠Rubber織物Fabric連接接頭點(diǎn)焊Spotweld膠粘Adhesive鉚接Rivet攪拌摩擦焊FSW面向零部件輕量化的性能測(cè)試驗(yàn)證與仿真分析研發(fā)平臺(tái)典型工程服務(wù)-材料高速拉伸測(cè)試認(rèn)證與失效模型開發(fā)提供從常規(guī)物性檢測(cè)高級(jí)力學(xué)檢測(cè)仿真模型開發(fā)的全面的材料應(yīng)用技術(shù)解決方案典型工程服務(wù)-新材料新工藝輕量化零部件性能評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)優(yōu)化建立零部件性能評(píng)價(jià)方法模擬“整車集成”驗(yàn)證，縮短開發(fā)周期，降本增效提出零部件設(shè)計(jì)優(yōu)化策略典型工程服務(wù)-新材料新工藝輕量化零部件性能評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)優(yōu)化DP780

vs.DP980柱撞28.8km/hTWIP980QP1180掌握動(dòng)力電池碰撞安全測(cè)試仿真關(guān)鍵技術(shù)在行業(yè)率先開展極端濫用工況下電池試驗(yàn)深入研究機(jī)械外載內(nèi)短路熱失控機(jī)理積累了寶貴的電池高速碰撞沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)促進(jìn)虛擬技術(shù)在新能源汽車碰撞安全開發(fā)開發(fā)了高效可靠的動(dòng)力電池有限元模型建立了動(dòng)力電池機(jī)械外載下的損傷準(zhǔn)則典型工程服務(wù)-動(dòng)力電池系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)與安全性能優(yōu)化新能源汽車帶來的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)清華蘇州研究院汽車輕量化中心簡介新材料新工藝高級(jí)力學(xué)特性與仿真技術(shù)動(dòng)力電池PACK包的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)與電池包應(yīng)用新材料應(yīng)用急需高級(jí)力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫汽車碰撞與沖壓伴隨著斷裂失效現(xiàn)象、材料的各向異性特性碰撞載荷作用下大變形，各向異性硬化、斷裂失效材料的強(qiáng)度、失效特性依賴于應(yīng)變率和應(yīng)力狀態(tài)

新能源汽車設(shè)計(jì)需要更加精細(xì)的仿真仿真可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)性能以更好支持設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)關(guān)鍵位置的網(wǎng)格需要進(jìn)一步細(xì)化考慮不同材料模型各向異性及斷裂失效對(duì)仿真影響考慮需仔細(xì)評(píng)估輸入仿真的材料曲線的質(zhì)量高級(jí)材料本構(gòu)的參數(shù)標(biāo)定的準(zhǔn)確性模型的復(fù)雜程度和計(jì)算時(shí)間將顯著增加汽車材料動(dòng)態(tài)加載測(cè)試技術(shù)ISO26203-1Metallicmaterials–Tensiletestingathighstrainrates–Part1:Elastic-bar-typesystemsISO26203-2Metallicmaterials–Tensiletestingathighstrainrates–Part2:Servo-hydraulicandothertestsystems1、加載方向上加長力的測(cè)量裝置液壓伺服高速拉伸機(jī)加載速率20m/s應(yīng)變率0.5–1000/s開環(huán)和閉環(huán)兩個(gè)模式載荷：50kN霍普金森桿應(yīng)變率＞500/s適用于高應(yīng)變率試驗(yàn)速度：6-21m/s2、縮短力的測(cè)量裝置（提高固有頻率）汽車材料動(dòng)態(tài)載荷測(cè)量技術(shù)載荷測(cè)量稱重力傳感器壓電力傳感器輕量化測(cè)力計(jì)樣件粘貼應(yīng)變片應(yīng)變率上限[s-1]1011025x102103應(yīng)變率下限[s-1]無100無無備注準(zhǔn)靜態(tài)下使用超過應(yīng)變率上限信號(hào)振蕩超過應(yīng)變率上限信號(hào)振蕩應(yīng)變片粘貼在試樣彈性段載荷信號(hào)振蕩與測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試對(duì)象、加載條件等相關(guān)測(cè)量技術(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮測(cè)試工況、工作效率和成本高應(yīng)變速率下的大變形測(cè)量技術(shù)標(biāo)距段：50mm動(dòng)態(tài)剪切，提取斷裂應(yīng)變動(dòng)態(tài)拉剪，提取斷裂應(yīng)變，計(jì)算標(biāo)距點(diǎn)位移斷裂失效曲線獲取豐富的試驗(yàn)信息，全場(chǎng)應(yīng)變和局部應(yīng)變非接觸測(cè)量技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)與參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)化材料模型開發(fā)及仿真應(yīng)用技術(shù)ForLS-DYNAMetalMAT24isotropyMetalMAT24+GISSMOfailureMetalMAT122anisotropyMetalMAT122+GISSMOfailurePlasticMAT24isotropyPlasticMAT187SAMP-1failureFoamMAT83RubberMAT6/MAT77CompositeMAT54/55/58/162WeldingspotMAT100金屬材料彈塑性模型開發(fā)與應(yīng)用應(yīng)變率強(qiáng)化材料高速測(cè)試分析流程LS-DYNAMAT24零部件和整車碰撞仿真分析金屬斷裂模型開發(fā)與結(jié)構(gòu)仿真應(yīng)用GoodcorrelationofsimulationconsideringfracturemodelwithtestImprovedpredictionoffracturedisplacement30%-75%withMMCfracturemodelLS-DYNAMAT24+MMC改性塑料材料模型開發(fā)與整車應(yīng)用MAT187，相比傳統(tǒng)MAT24能更全面考慮應(yīng)變率和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料彈塑性和失效斷裂力學(xué)性能的影響EPP泡沫模型開發(fā)與碰撞仿真應(yīng)用低應(yīng)變率壓縮中低應(yīng)變率壓縮中高應(yīng)變率壓縮泡沫壓縮對(duì)標(biāo)結(jié)果LS-DYNAMAT83FUCHANGFOAM座椅PU泡沫保險(xiǎn)杠EPP泡沫焊點(diǎn)失效模型建立與熱成型碰撞仿真Lap-shearCoach-peelCross-tension點(diǎn)焊試件動(dòng)態(tài)測(cè)試MAT100材料模型標(biāo)定MAT100模型在結(jié)構(gòu)仿真的應(yīng)用新能源汽車帶來的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)清華蘇州研究院汽車輕量化中心簡介新材料新工藝高級(jí)力學(xué)特性與仿真技術(shù)動(dòng)力電池PACK包的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)與電池包應(yīng)用電芯精密結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化電芯精密結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化鈑金電池包的輕量化設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化8米城市新能源電動(dòng)公交車配套電池包，優(yōu)化后電池包模態(tài)和強(qiáng)度性能參數(shù)提高20%-47%，減重約7%鋁擠出電池包的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)擠壓鋁型材不同部位取樣進(jìn)行測(cè)試，力學(xué)性能差異和工藝相關(guān)性鋁擠出電池包的焊接強(qiáng)度評(píng)價(jià)與測(cè)試認(rèn)證鋁擠出電池包的碰撞仿真與防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略以TeslaModelS底部碰撞為例開展分析事故背景:2013年10月初，美國西雅圖高速公路TeslaModelS底部受路面物體撞擊事故分析電池包底部碰撞的一般方法；電動(dòng)汽車底部碰撞工況的討論辨識(shí)電池包底部碰撞的簡化仿真模型；基于此的參數(shù)化分析研究多層面斷裂失效分析研究LocalizeddeformationofindividualbatterieswhenvariousbottomstructuresareappliedFracturemodesinshieldplatesofdifferentmaterials新能源汽車帶來的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)清華蘇州研究院汽車輕量化中心簡介新材料新工藝高級(jí)力學(xué)特性與仿真技術(shù)動(dòng)力電池PACK包的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)與電池包應(yīng)用攪拌摩擦焊于1991年由英國焊接研究所發(fā)明，是一種新型固相連接方法攪拌摩擦焊接過程中，以攪拌針及軸肩與母材摩擦產(chǎn)熱為熱源，通過攪拌針的攪拌和軸肩的軸向壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細(xì)鍛造組織特征的焊接接頭攪拌摩擦焊技術(shù)簡介可焊接傳統(tǒng)熔焊難以施焊的高強(qiáng)鋁合金（7系鋁）和異種金屬材料（鋁銅）接頭質(zhì)量高，焊縫無氣孔、裂紋，接頭強(qiáng)度高，焊接變形小焊接成本低，焊接厚板不需開坡口，焊接過程無需保護(hù)氣體和填充材料安全環(huán)保，無煙塵、飛濺、弧光輻射等，減少污染和對(duì)身體的損傷便于機(jī)械化、自動(dòng)化、無人化操作，焊接質(zhì)