Mechanische und Haltbarkeitsaspekte

Mit einer Reihe von Lösungen für das Ermüdungsdesign von Batteriepacks, beschleunigte Schwingungstests von Batteriepacks und die Ermüdungsanalyse von Fahrzeugstrukturen hilft die Software von Prenscia Ingenieuren dabei, das Risiko eines Ermüdungsausfalls zu eliminieren, die Lebensdauer von Elektromotoren zu verbessern und die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge zu erhöhen.

Ermüdungsdesign von Batteriepacks

Batteriepacks enthalten eine Vielzahl mechanischer, elektrischer und elektrochemischer Komponentensysteme. Sie bestehen aus Tausenden von diskreten Zellen, die in Reihe und parallel zu elektrischen Stromschienen geschaltet sind, um die erforderliche Energiekapazität bereitzustellen. Zellen werden oft zusammengeschweißt, um den elektrischen Pfad zu vervollständigen. Diese Schweißnähte sind sehr vibrationsanfällig und erleiden vibrationsbedingte Ermüdungsschäden. Darüber hinaus kann eine Kombination von leichten Stützstrukturen mit relativ schweren elektrochemischen Komponenten zu mechanischer Resonanz in der Batteriestruktur führen, was ein hohes Risiko von Ermüdungsrissen mit sich bringt.

Die Schwingungsermüdungsanalyse ermöglicht es Ingenieuren, die kritischen Ermüdungsdefekte an allen Arten von Batteriestrukturen, Materialien, Schweißnähten und Fügetechnologien zu identifizieren. Mithilfe der Ergebnisse der FEA-Spannungsanalyse zusammen mit gemessenen oder berechneten Schwingungsbelastungsspektren kann die nCode DesignLife verwendet werden, um diese frequenzbasierte Ermüdungsanalyse durchzuführen, um die Lebensdauer bis zum Ausfall vorherzusagen. Der Aufbau und die Montage des Akkupacks können daher während der Komponentenkonstruktion und vor der Herstellung von Prototypen gleichzeitig hinsichtlich Lebensdauer, Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit optimiert werden.

Beschleunigte Vibrationsprüfung von Akkupacks

Die komplexe innere Struktur eines Akkupacks macht ihn während seiner langen Lebensdauer sehr anfällig für vibrationsbedingte Ausfälle. Die Vibrationsbelastung eines Batteriepacks deckt einen großen Frequenzbereich ab, was entweder zu einem katastrophalen Ausfall des Batteriepacks oder, was häufiger vorkommt, zu einem fortschreitenden Rückgang der Batterieleistung im Verhältnis zur Schwingungsbelastung des Fahrzeugs führen kann. Beide Fehlermodi haben erhebliche Auswirkungen auf die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Garantiebeständigkeit des Akkus.

Die Herausforderung für Ingenieure besteht darin, ein geeignetes Lastspektrum für den Einsatz sowohl beim Batteriedesign als auch bei Validierungstests zu erstellen. Mit nCode GlyphWorks kann in kürzerer Zeit ein PSD-Belastungsspektrum generiert werden, das für Ermüdungsschäden repräsentativ ist. Diese Analyse basiert auf gemessenen Daten der Erschütterung am Prüfgelände sowie auf einem Fahrzeugnutzungsprofil, das beschreibt, wie das Fahrzeug während seiner Lebensdauer verwendet wird. Implizite Prüfungen stellen sicher, dass die beschleunigten Tests nicht überbeschleunigt werden, und verhindern so atypische Fehlermodi.

Die von GlyphWorks erhaltenen PSD-Spektren können auch verwendet werden, um einen leistungsstarken Rütteltisch und ein Steuerungssystem für Schwingungstests anzutreiben. Diese in GlyphWorks erhaltenen PSD-Spektren können verwendet werden, um virtuelle Shaker-Table-Analysen durchzuführen, um die Schwingungsermüdung in nCode DesignLife zu verstehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Batterie die erforderliche Vibrationsbeständigkeit erreicht und gleichzeitig das Design im Hinblick auf Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit optimiert wird.

Ermüdungsanalyse von Fahrzeugstrukturen

In Elektrofahrzeugen können Antriebsstränge bestehende Plattformen nutzen oder in brandneuen Architekturen entworfen werden. Beide Szenarien stellen Statiker vor Herausforderungen. Bei bestehenden Fahrzeugplattformen wirken sich Änderungen wie die Gewichtsverteilung aufgrund von Batteriepacks auf das dynamische Verhalten sowie auf die strukturelle Haltbarkeit aus.

Neue Architekturen bieten Chancen, aber radikale Veränderungen bringen Risiken mit sich, die durch detaillierte Vorabsimulationen gemindert werden müssen. Die CAE-basierte Analyse mit der nCode DesignLife ermöglicht die Durchführung dieser wichtigen Ermüdungsanalyse für die schnelle Bewertung der Fahrzeugstrukturen.

Strukturfehler der elektrischen Systeme sind häufig mit Halterungen und Anschlüssen verbunden und können auf extreme Bewegungen zwischen den Befestigungspunkten der Batterie, des Wechselrichters und der Elektromotoren zurückzuführen sein. nCode ermöglicht die erweiterte Verarbeitung von Lastdaten und die Vorbereitung für die Eingabe für die Ermüdungsanalyse. Getriebesysteme können Fehlerarten mit höherer Frequenz aufweisen, weshalb eine Analyse Rotierend Maschinen erforderlich ist, um mithilfe der Erkenntnisse über die Quelle verschiedener Frequenzen zu erhalten.

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