Électrification - Aspects mécaniques et de durabilité (NOUVEAU)

Grâce à une gamme de solutions pour la conception de fatigue des batteries, les tests de vibration accélérés des batteries et l'analyse de fatigue des structures de véhicules, le logiciel Prenscia aide les ingénieurs à éliminer le risque de défaillance par fatigue, à améliorer la durabilité des moteurs électriques et à augmenter la fiabilité des véhicules.

Plugged in chargers into two electric cars at a charge station

Conception de fatigue des batteries

Les batteries intègrent un grand nombre de systèmes de composants mécaniques, électriques et électrochimiques. Elles comprennent des milliers de cellules discrètes qui sont connectées en série et en parallèle à des barres collectrices électriques afin de fournir la capacité énergétique requise. Les cellules sont souvent soudées ensemble pour compléter le chemin électrique. Ces soudures sont très sensibles aux vibrations et souffrent de dommages par fatigue induite par vibration. De plus, une combinaison de structures de support légères avec des composants électrochimiques relativement lourds peut entraîner une résonance mécanique dans la structure de la batterie avec un risque élevé de fissures de fatigue.

L'analyse de fatigue par vibration permet aux ingénieurs d'identifier les points critiques de défaillance par fatigue sur tous les types de structures de batteries, de matériaux, de soudures et de technologies d'assemblage. En utilisant les résultats de l'analyse de contrainte FEA, ainsi que des spectres de charge de vibration mesurés ou calculés, nCode DesignLife peut être utilisée pour effectuer cette analyse de fatigue basée sur la fréquence afin de prédire la durée de vie jusqu'à la défaillance. La structure de la batterie et le montage peuvent donc être optimisés simultanément pour la durée de vie, le poids, le coût et la fiabilité lors de la conception des composants et avant la fabrication de prototypes.

Tests de vibration accélérés des batteries

La structure interne complexe d'une batterie la rend très sensible aux défaillances induites par vibration au cours de sa longue durée de vie. L'exposition aux vibrations sur une batterie couvre une large gamme de fréquences, ce qui peut entraîner soit une défaillance catastrophique de la batterie, soit, plus couramment, un déclin progressif des performances de la batterie par rapport à l'exposition aux vibrations sur le véhicule. Les deux modes de défaillance ont un impact significatif sur la durabilité, la fiabilité et l'exposition à la garantie de la batterie.

Le défi pour les ingénieurs est de produire un spectre de charge approprié à utiliser à la fois dans la conception de la batterie et les tests de validation. Un spectre de charge PSD représentatif des dommages par fatigue peut être généré dans un délai accéléré en utilisant nCode GlyphWorks. Cette analyse utilise des données de vibration mesurées sur le terrain d'essai, ainsi qu'un profil d'utilisation du véhicule qui décrit comment il sera utilisé au cours de sa durée de vie de conception. Des vérifications implicites garantissent que les tests accélérés ne sont pas suraccélérés et empêchent donc des modes de défaillance atypiques.

Les spectres PSD obtenus à partir de GlyphWorks peuvent également être utilisés pour piloter un <1>tableau de secouage haute performance et un système de contrôle pour les tests de vibration<1>. Ces spectres PSD obtenus dans GlyphWorks peuvent être utilisés pour piloter l'analyse de tableau de secouage virtuel afin de comprendre la <2>fatigue vibratoire<2> dans <3>nCode DesignLife<3>. Cela garantit que la batterie atteindra sa durabilité vibratoire requise tout en optimisant simultanément la conception pour le poids, le coût et la fiabilité.

Analyse de la fatigue des structures de véhicules

Dans les véhicules électriques, les groupes motopropulseurs peuvent utiliser des plateformes existantes ou être conçus dans de toutes nouvelles architectures. Les deux scénarios présentent des défis pour les ingénieurs structurels. Pour les plateformes de véhicules existantes, des modifications telles que la répartition du poids due aux packs de batteries affectent la réponse dynamique, ainsi que la durabilité structurelle.

Les nouvelles architectures présentent des opportunités, mais des changements radicaux introduisent des risques qui doivent être atténués par une simulation détaillée en amont. L'analyse basée sur CAE utilisant <1><2>l'analyse de la fatigue à partir de FEA<2>nCode DesignLife<1> permet d'effectuer cette analyse de fatigue essentielle pour l'évaluation rapide des structures de véhicules.

La défaillance structurelle des systèmes électriques est souvent associée aux montages et aux connexions, et peut être due à un mouvement extrême entre les points de montage sur la batterie, l'onduleur et les moteurs électriques. nCode permet un traitement avancé des données de charges et une préparation pour l'entrée dans l'analyse de fatigue. Les systèmes d'engrenages peuvent présenter des modes de défaillance à fréquence plus élevée, ce qui nécessite une analyse de machines rotatives pour donner des informations sur la source des différentes fréquences en utilisant <1><2>le logiciel d'analyse de machines rotatives<2>nCode VibeSys<1>.

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