对电池包局部结构材料由钢材改为碳纤维复合材料，再进行结构尺寸及厚度优化，对比优化后的复合材料电池包及传统电池包在模态及路面噪声等NVH性能方面的影响。

  从实际案例探讨碳纤维复合材料对于电池包轻量化及整车性能的影响，对汽车轻量化研发方向有指导意义。

  随着国内新能源技术的发展及日趋成熟，人们对电动汽车的续航能力要求慢慢的升高。作为续航里程的重要影响因素，车身的轻量化成为电动汽车设计的重要课题。

  而作为电动汽车核心部件的电池包，对其部分部件进行碳纤维复合材料处理，在保证性能的同时又能满足轻量化的需求，是很值得研究的方向。

  基于以上，我们对某车型电池包局部结构可以进行相关碳纤维复合材料处理及优化，进行电池包本体模态及整车路面噪声NVH性能对比，通过具体案例来探讨碳纤维材料对电池包轻量化及整车性能的影响。

  碳纤维复合材料是用有机纤维进行高温氧化碳化而成，是一种含碳量超过90%的高性能纤维。它密度通常只有（1.5～1.6）g/cm3左右。

  同时具有极高的强度及模量，因此具有其他材料不能够比拟的比强度（强度/密度）和比模量（弹性模量/密度），力学性能优异。

  将其应用于车身及其他零部件可以大大降低整车重量，降低能量消耗，提高续航能力，在汽车行业广泛应用。

  属性。与钢、铝等各向同性材料不同，碳纤维材料是平面正交各向异性的属性，其主要承力方向相比次承力方向强度相差很大，在建模时需要定义X/Y两个不同方向的弹性模量，同时要定义剪切模量。

  在有温度要求的情况还需要定义温度线胀系数。碳纤维材料区别于钢、铝材料的另一个属性是铺层属性，将不同厚度、不一样的尺寸的材料按照不同的角度通过粘胶进行铺层。

  通常有4种不同的铺层角度（即0°、±45°、90°）。诸如强度、刚度和稳定能力等性能与铺层顺序的关系强相关。

  碳纤维复合材料独特的属性给工程师提供很大的自由空间，同时也提高了设计的复杂性。钢材等受拉力则拉伸方向变形，施加弯曲力则弯曲变形。

  而碳纤维材料与此不同，结构施加拉力可能会发生弯曲变形，施加弯曲力则可能还发生扭转变形，这一些状况在设计铺层的时候都要考虑。

  机械连接通常以螺栓、铆接形式完成，因其可靠性高、维修性好、受环境影响小的特点，经常用于主承力结构的连接，传递集中载荷或强调可靠性的部位。

  胶接形式由于剥离强度低，难传递大载荷，所以通常用于非主要承力结构，传递均布载荷或承受剪切载荷的部位，以及有密封、减振和绝缘要求的部位；焊接则一般适用于热塑性碳纤维复合材料。

  本论文使用电池包总成模型局部进行碳纤维材料更替，通过电池包总成的本体模态以及装配整车模型的路面噪声分析对比来验证相关的NVH性能。

  电池包模型，电动汽车所使用电池包模型，主要构成分为电芯、框架、上下盖板和液冷板四部分，以及填充材料、粘胶、BDU和BMS等。

  整车模型，整车路噪验证所用整车模型。最重要的包含白车身、四门两盖、内外饰、底盘和电子电器等。分别通过实体建模及质量点的形式装配。

  根据碳纤维材料的应用特点将传统电池包上下壳体、液冷板进行材料更换，由BASE的铜材料改为碳纤维复合材料。

  主载荷方向设置。碳纤维材料在有限元模型中通过设置多个不同角度的铺层来实现，这些铺层角度的参考方向是结构单元的主载荷方向，前处理中显示为每个单元的材料方向。

  通常一个部件中单元材料方向并不统一。如果直接进行铺层会影响角度设置，因此就需要对此进行统一调整，生成一致的主载荷方向。

  根据铺层计划设置一个合适的局部坐标系，将此坐标系作为参考方向统一调整需铺层结构的所有网格单元，调整后的单晶材料方向即主载荷方向。以此方向为基础进行铺设的碳纤维材料铺层角度准确有序。

  碳纤维材料参数设置。碳纤维常用材料属性MAT8，需要对主弹性模量、次弹性模量均进行设置，同时必须设置剪切模量，否则后续模态结果会出现多阶剪切局部模态，影响结果判断。

  通过PCMOP、PCOMPG或者PCOMPP方法将材料属性、厚度和铺层角度等参数赋予复合材料板件。设置基础铺层角度及厚度。在基础建模中对电池包各角度铺层进行满铺。注意铺层角度需参考单元主载荷方向。

  PCOMP、PCOMPG方法与PCOMPP铺层方法略有差异，PCOMPP铺层方法从全局结构考虑，先完成各铺层设计，再将多个铺层粘接在一起。

  在前处理中能够显示具体铺层厚度方便检查铺层结构及方向，如图8所示，优化过程中能够迅速准确地取消或增加某一铺层，建议作为复杂铺层结构的首选。

  碳纤维电池包模态对比。计算BASE及碳纤维满铺状态的电池包单体约束模态，对比模态结果及两阶模态振型，能够正常的看到在电池包局部结构材料更新后上下盖板及液冷板质量降低了50%左右，而本体模态性能反而略有提升。

  在此基础上对电池包的复合材料结构可以进行铺层尺寸及厚度优化，以期不降低性能的同时逐步降低结构质量及成本。

  碳纤维复合材料由于其材料特殊性以及成本比较高，在实际铺层中有必要进行局部尺寸裁剪，针对薄弱位置做单独加强，因此碳纤维材料优化与传统结构优化不同。

  碳纤维复合材料优化共分三个步骤进行，第一步自由尺寸优化，第二步铺层厚度优化，第三步铺层顺序优化。

  铺层尺寸优化设置优化目标及约束后通过制造约束参数控制不同铺层角度的层数、对称性等，设置能够生成下一步厚度优化文件的参数，进行第一步尺寸优化。

  得到关于铺层尺寸的优化结果，在这一步完成后结果文件中能查看已设铺层各自的刚度敏感位置，以盖板结构为例，查看每层铺层的优化结果，高亮位置（即需加强部位）基本一致。

  在生成的第二步厚度优化文件中能够正常的看到每一层铺层都会分成4层厚度均匀、尺寸不同的结构，同样以下盖板为例，显示此结构第一层0°铺层优化后分成的4层不一样的尺寸的结构。

  铺层厚度优化在新生成的用于第二步厚度优化的文件中已包括前尺寸优化的参数和相关的优化结果，不必再重新进行设置。

  只需更新设置生成第三步顺序优化的参数，接着进行第二步厚度优化，得到不同厚度及尺寸的优化结果。

  相较于第一步尺寸优化结果，第二步优化完成后不同铺层厚度发生明显的变化，各铺层分解出的层数可能会依照优化目标增多或减少。

  第二步优化中得到可用于顺序优化的结果文件，在更新最大铺层层数设置及铺层对称性设置后，可进行第三步铺层顺序优化，得到关于铺层顺序的表格。

  经过铺层尺寸简单性、工艺性和成本等考虑，挑选出合适的铺层结构，在电池包上下盖板及液冷板结构上进行更新。

  参考优化结果对电池包模型碳纤维部分重新设置，调整各铺层尺寸、厚度及铺层顺序，并进行NVH性能相关分析对比。

  电池包模态验证更新碳纤维材料建模后电池包上下盖板及液冷板部分重量与BASE相比能够降低65%，在此基础上进行电池包本体约束模态分析，模态结果基本相当，模态振型一致。

  整车路噪验证将碳纤维材料电池包总成装配在整车模型中，通过试验测得实际路面载荷，经过转化生成轴头激励，进行路面噪声分析对比验证，显示两条路面噪声的结果曲线基本一致，在敏感频率范围峰值无变化。

  由电池包模态及整车路噪对比结果能够准确的看出，电池包进行局部复合材料更新后在整体轻量化的同时对NVH性能无影响。

  随着射电天文和宽带侦察电子技术的发展，人类对于宽频带、高效率的反射面天线系统的需求越来越迫切。

  馈源是整个天线系统的核心部件，其性能好坏决定着天线系统最终使用效果的优劣。然而随着天线口径的加大，馈源轻量化随之被人们所关注。

  碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）由于具有低密度、低热线胀系数、高热稳定性、高力学性能、耐蠕变等优点,能轻松实现航天器以及机载、舰载等国防装备轻量化。

  碳纤维复合材料能应用在雷达结构中包括反射面、波导、喇叭天线等功能件，也包括各类框架、显控台、机架、背架等结构件。

  碳纤维增强树脂基复合材料全部符合电子设备领域的高精度、轻型化、小型化和结构/功能一体化的要求,已经广泛地应用在主面、负面和相关的结构件上，利用复合材料制作四脊喇叭是解决其重量问题的有效方法。

  碳纤维复合材料具有强度高，重量轻，抗压能力强的优良特性，同时耐高温、抗摩擦、导热性好、耐腐蚀，作为一种先进复合材料。

  非常广泛地应用于汽车翼子板、侧围、内饰、机盖、尾门、B柱、座椅骨架、方向盘、电池包盖板等非承力、次承力部位。

  本文基于电动汽车的电池包总成来探讨此核心部件应用碳纤维进行轻量化的可行性。在不影响NVH性能的基础上碳纤维电池包能够降低60%板件重量，大大降低整体车重，提高续航能力，对电动汽车轻量化研发具备极其重大指导意义。

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