目前，預(yù)測(cè)電池箱的疲勞壽命主要有兩種方法：正弦定頻振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。正弦定頻振動(dòng)是考察電池箱在指定的頻率抗振耐久性能，而隨機(jī)振動(dòng)能真實(shí)反映各個(gè)諧振頻率點(diǎn)上的振動(dòng)特性，比較符合電池箱的實(shí)際振動(dòng)環(huán)境；隨機(jī)振動(dòng)中的三區(qū)間法和Dirlik方法操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛。上一篇文章介紹了電池箱的頻率響應(yīng)分析方法，獲得了0~200Hz的頻率響應(yīng)曲線。



本文則介紹利用頻率響應(yīng)曲線預(yù)測(cè)疲勞壽命的方法。隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命的預(yù)測(cè)思路如下圖。



1、加速度功率譜密度
隨機(jī)振動(dòng)無(wú)法用確定的函數(shù)關(guān)系式去表達(dá)，只能通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法去描述。在時(shí)間域內(nèi)，采用相關(guān)函數(shù)給出隨機(jī)振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性；而在頻域內(nèi)，功率譜密度表示隨機(jī)振動(dòng)在各個(gè)頻率成分上的統(tǒng)計(jì)特性。功率譜密度函數(shù)為自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換，即。電池包振動(dòng)測(cè)試國(guó)標(biāo)中，規(guī)定的垂直地面方向加速度功率譜密度如下圖所示。



通過(guò)加速度的功率譜密度函數(shù)，可知各個(gè)頻段的載荷分布，例如上圖的加速度功率譜密度，在5~10Hz，加速度載荷為0.05~0.06g2/Hz，在10~20Hz，加速度載荷為0.06 g2/Hz，所以振動(dòng)主要集中在0~20Hz，通常電池包等所受的路面及電機(jī)激勵(lì)頻率都在30Hz以下。

2、疲勞壽命計(jì)算方法
Dirlik疲勞壽命算法是目前主流疲勞仿真軟件nCode所采用的方法，其基本原理為根據(jù)式將加速度功率譜密度W(f)與傳遞函數(shù)H（f）的平方相乘，即可獲得應(yīng)力的功率譜密度G（f），應(yīng)力功率譜密度G（f）通過(guò)傅里葉逆變換得到應(yīng)力的時(shí)間歷程，然后通過(guò)雨流循環(huán)計(jì)數(shù)，獲得應(yīng)力的概率密度函數(shù)，如圖。



根據(jù)Miner線性損傷累積法則可知，每一次的應(yīng)力循環(huán)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷是累積疊加的，即總體損傷為。材料的S-N曲線采用冪指數(shù)形式。結(jié)構(gòu)的總體損傷為，其中E[P]為單位時(shí)間過(guò)峰值點(diǎn)的次數(shù)；S為應(yīng)力；p(SI)為應(yīng)力幅值的概率密度函數(shù)。C,m是與材料溫度、應(yīng)力比和平均應(yīng)力相關(guān)的常數(shù)。

3、nCode參數(shù)設(shè)置
在nCode中搭建疲勞壽命分析的流程圖。1號(hào)用于輸入頻率響應(yīng)，ANSYS分析獲得的頻響格式為rst，hypermesh分析獲得的頻響格式為op2；2號(hào)用于輸入加速度功率譜密度載荷譜，載荷譜可通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件獲取，也可以依據(jù)振動(dòng)測(cè)試的國(guó)標(biāo)選??；3號(hào)用于顯示載荷譜值；4號(hào)用于設(shè)置疲勞分析參數(shù)；5號(hào)顯示疲勞壽命分布；6號(hào)顯示各節(jié)點(diǎn)、單元具體損傷值和壽命值；S-N曲線以及載荷的關(guān)聯(lián)是在4窗口右擊，在屬性中設(shè)置。



4、幾個(gè)需要注意的小細(xì)節(jié)
要將op2格式的頻響存放到nCode的根目錄bin文件夾下，方可讀??；
將載荷譜保存成CSV格式或者有逗號(hào)分隔符的txt格式，通過(guò)ASCIItranslate，轉(zhuǎn)換為s3m格式文件，并存放到nCode的根目錄bin文件夾下，方可讀取



也可以使用vibration generator直接輸入載荷譜，這種方式計(jì)算比較慢，推薦采用s3m格式



參數(shù)設(shè)置
1存活率設(shè)置，依據(jù)p-S-N曲線取值；2提取的應(yīng)力類型，對(duì)于振動(dòng)分析，有關(guān)鍵平面和最大主應(yīng)力兩種方法，推薦采用后者；3平均應(yīng)力修正，一般采用Goodman法；4疲勞壽命計(jì)算方法，Dirlik法，適應(yīng)性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，運(yùn)速度快，優(yōu)于窄帶法、寬帶法和三區(qū)間法。其他的參數(shù)介紹可參考公眾號(hào)里nCode資料。



材料的S-N曲線，可以根據(jù)自帶的材料庫(kù)選擇，也可以依據(jù)材料的彈性模量、抗拉強(qiáng)度去近似估計(jì)