基于频域和时域法的电池包随机振动疲劳计算对比研究

摘要

针对频域法和时域法在随机振动疲劳计算中的适用性问题，以某型号电池包为研究对象，综合研究了2种方法的计算精度和计算效率.首先，建立电池包有限元模型，并通过模态试验进行验证；其次，以国标GB 38031―2020加速度功率谱密度（PSD）载荷谱作为频域载荷输入，并利用傅里叶逆变换技术将其转换为加速度时域载荷；最后，分别基于频域法和时域法计算电池包的振动加速度、应力和疲劳寿命，并进行了计算精度、效率的对比分析和精度的试验验证.结果表明，在电池包总振级和应力均方根值（RMS）方面，频域法和时域法计算结果相近，相对误差小于16%；在加速度和应力峰值方面，频域法“3σ”计算结果与时域法差距较大，若采用“4σ”或“5σ”原则，计算结果与时域法相近，相对误差小于15%；在振动疲劳方面，频域法计算寿命约为时域法的3～6倍，主要原因包括Dirlik模型和应力响应PSD谱差异，其中Dirlik模型造成的差距小于1.5倍；在计算效率方面，频域法比时域法高约134倍.试验数据表明，时域法计算精度更高，适用于结构危险位置振动疲劳的精确计算，而频域法计算效率更高，适用于结构危险位置的快速预测.

关键词

电池包 / 随机振动 / 疲劳寿命 / 时域分析 / 频域分析

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2021YFB2500803）