Eletrificação - Aspectos mecânicos e de durabilidade (NOVO)

Através de uma gama de soluções para o design de fadiga de baterias, testes acelerados de vibração de baterias e análise de fadiga de estruturas de veículos, o software Prenscia ajuda os engenheiros a eliminar o risco de falha por fadiga, melhorar a durabilidade dos motores elétricos e aumentar a fiabilidade do veículo.

Plugged in chargers into two electric cars at a charge station

Desenho de fadiga das baterias

As baterias incorporam um grande número de sistemas de componentes mecânicos, elétricos e eletroquímicos. Compreendem milhares de células discretas que são conectadas em série e paralelamente a barramentos elétricos para fornecer a capacidade de energia necessária. As células são frequentemente soldadas entre si para completar o caminho eléctrico. Estas soldas são altamente suscetíveis a vibrações e sofrem danos por fadiga induzidos por vibração. Além disso, uma combinação de estruturas de suporte leves com componentes eletroquímicos relativamente pesados pode resultar em ressonância mecânica na estrutura da bateria com um alto risco de fissuras por fadiga.

A análise de fadiga por vibração permite que os engenheiros identifiquem os pontos críticos de falha de fadiga em todos os tipos de estrutura da bateria, materiais, soldas e tecnologias de junção. Usando os resultados da análise de tensão FEA, juntamente com espectros de carga de vibração medidos ou calculados, a análise de de fadiga baseada em frequência para prever a vida útil até a falha. A estrutura e montagem da bateria podem, portanto, ser otimizadas simultaneamente para vida útil, peso, custo e confiabilidade durante o projeto dos componentes e antes de qualquer protótipo ser fabricado.

Ensaios acelerados de vibrações de baterias

A complexa estrutura interna de uma bateria torna-a altamente suscetível a falhas induzidas por vibrações ao longo da sua longa vida útil. A exposição a vibrações numa bateria cobre uma ampla gama de frequências que pode resultar numa falha catastrófica da bateria ou, mais frequentemente, num declínio progressivo do desempenho da bateria em relação à exposição a vibrações no veículo. Ambos os modos de falha têm um impacto significativo na durabilidade, fiabilidade e exposição garantida da bateria.

O desafio para os engenheiros é produzir um espectro de carga adequado para uso tanto no projeto da bateria quanto nos testes de validação. Um espectro de carga PSD representativo de danos por fadiga pode ser gerado num período de tempo acelerado usando o nCode GlyphWorks. Esta análise utiliza dados medidos de comprovação da vibração do solo, juntamente com um perfil de utilização do veículo que descreve como será utilizado ao longo da sua vida útil de projeto. As verificações implícitas asseguram que os ensaios acelerados não são demasiado acelerados e, por conseguinte, evitam modos de falha atípicos.

Os espectros PSD obtidos da GlyphWorks também podem ser usados para conduzir uma mesa de agitadores de alto desempenho e sistema de controle para testes de vibração. Estes espectros PSD obtidos no GlyphWorks podem ser utilizados para conduzir a análise de mesas de agitadores virtuais para a compreensão da fadiga de vibrações no nCode DesignLife. Isso garante que a bateria atinja a durabilidade de vibração necessária ao mesmo tempo em que otimiza o design para peso, custo e confiabilidade.

Análise de fadiga de estruturas de veículos

Nos veículos elétricos, os sistemas de transmissão podem utilizar plataformas existentes ou concebidos dentro de novas arquiteturas. Ambos os cenários apresentam desafios aos engenheiros estruturais. Para plataformas de veículos existentes, modificações como a distribuição de peso devido às baterias afetam a resposta dinâmica, bem como a durabilidade estrutural.

Novas arquiteturas apresentam oportunidades mas mudanças radicais introduzem riscos que precisam ser mitigados usando simulação inicial detalhada. A análise baseada em CAE utilizando a nCode DesignLife permite que esta análise de fadiga essencial seja realizada para a avaliação rápida das estruturas do veículo.

As falhas estruturais dos sistemas elétricos estão frequentemente associadas a montagens e ligações, podendo ser devidas ao movimento extremo entre os pontos de montagem da bateria, inversor e motores eléctricos. O nCode permite o processamento avançado de dados de cargas e preparação para a entrada para análise de fadiga. Os sistemas de engrenagem podem apresentar modos de falha de frequência mais alta, o que requer análise de máquinas rotativas para fornecer informações sobre a origem das diferentes frequências usando o nCode VibeSys.

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