面向动力电池包的有限元分析

　　《面向动力电池包的有限元分析》为“动力和储能电池理论与技术丛书”之一。本书在总结了行业动力电池技术仿真发展的基础上，从有限元的基本思想、有限元理论及求解、电池包有限元分析流程、电池包模型前处理、计算、后处理及实例解析等方面进行详细阐述，主要内容包括：有限元基本理论、有限元求解基本原理、动力电池包模型简化过程、电池包网格划分要求及步骤、电池包零部件连接要求与方法、求解工况设置、材料与属性设置、常见错误原因分析与归纳总结及结果查看方法等。

　　国轩高科作为从事新能源汽车动力锂电池自主研发、生产和销售的企业，拥有技术和产品开发经验 ，国轩高科以“产品为王”为经营理念，实现正极材料，电池生产，PACK成组，BMS系统，储能电池组及高省式能源产品一体化生产。 在磷酸铁锂电池技术研发方面，已完成单体能量密度由180Wh/kg向190Wh/kg的产品升级。 国轩高科承担国家科技部300Wh/kg高能量密度重大科技专项 ，已开发出三元811软包电芯 。国轩高科在全球设有六大研发平台，分别位于安徽合肥、中国上海、美国硅谷、美国克利夫兰、日本筑波和新加坡等地。 [7]并同哥伦比亚大学、南洋理工大学、斯坦福等全球知名高校协同创新，培养研发人才。 公司现有各类研发人员2000多人，其中博士150余人，50多名外籍人才，以及100多名海归人才。

第一部分 有限元基础理论
第一章 有限元概论 9
1.1 有限元法基本思想 9
1.2 有限元法的孕育过程及诞生和发展 9
1.3 有限元运用于工程的作用 10
第二章 有限元基础理论及求解步骤 13
2.1 虚位移原理 13
2.1.1 虚位移（Virtual displacement） 13
2.1.2 自由度（Degree of freedom） 14
2.1.3 广义坐标（Generalized coordinates） 14
2.1.4 虚位移分析 15
2.1.5 虚功（Virtual work）与理想约束（Ideal constraint） 16
2.2 最小势能原理 17
2.3 有限元法求解问题的基本步骤 20
2.3.1 问题的分类 21
2.3.2 建模 21
2.3.3 连续体离散化 21
2.3.4 单元分析 21
2.3.5 组成物体的整体方程组 29
2.3.6 求解有限元方程和结果解释 32
第二部分 通用建模
第三章 坐标系及单位制 35
3.1 三维坐标 35
3.2 单位制 35
第四章 分析流程 37
4.1 机械安全性分析流程 37
4.2 机械可靠性分析流程 38
第五章 前处理 41
5.1 建模步骤 41
5.2 文件命名 41
5.3 当前组和原始组 41
5.4 鼠标的使用 41
5.5 常用快捷键 42
5.6 模型显示 42
5.7 模型文件格式转换 43
5.8 几何模型检查及处理 45
5.8.1 几何模型检查 45
5.8.2 模型简化 45
5.8.3 几何处理 49
5.9 网格划分 50
5.9.1 2D网格划分 51
5.9.2 3D实体划分 53
5.10 网格质量检查 54
5.10.1 1D单元检查 55
5.10.2 2D单元检查 55
5.10.3 3D单元检查 57
5.10.4 重复单元检查 57
5.10.5 网格自由边界检查 58
5.10.6 网格法向检查 59
5.10.7 网格穿透和干涉检查 60
5.10.8 检查网格贴合度 61
第三部分 标准建模 机械安全模块
第六章 材料和属性创建 64
6.1 材料创建 64
6.2 属性创建 65
第七章 模型连接 67
7.1 焊接连接 67
7.1.1 焊点建模 67
7.1.2 缝焊建模 70
7.1.3 焊接热影响区 74
7.1.4 焊接材料 76
7.1.5 焊接属性 76
7.1.6 焊接接触 76
7.2 螺栓连接 76
7.2.1 不考虑螺栓预紧力建模 76
7.2.2 考虑螺栓预紧力建模 79
7.2.3 螺栓材料 81
7.2.4 螺栓属性 81
7.2.5 螺栓接触 81
7.3 粘胶连接 81
7.3.1 粘胶建模 81
7.3.2 粘胶材料 82
7.3.3 粘胶属性 82
7.3.4 粘胶接触 82
7.4 接触设置 82
7.4.1 接触类型 82
7.4.2 接触对 83
第八章 模型控制卡片和结果输出卡片设置 85
8.1 模型控制卡片 85
8.2 结果输出卡片 85
第九章 工况加载及边界条件设置 88
9.1 挤压 88
9.1.1 工况概述 88
9.1.2 挤压板建模 88
9.1.3 挤压位置确认 89
9.1.4 挤压边界条件设置 89
9.1.5 工况加载 92
9.2 机械冲击 93
9.2.1 工况概述 93
9.2.2 重力场设置 93
9.2.3 工况加载 93
9.3 模拟碰撞 94
9.3.1 工况概述 94
9.3.2 重力场设置 95
9.3.3 工况加载 95
9.4 跌落 95
9.4.1 工况概述 95
9.4.2 边界条件设置 96
9.4.3 工况加载 96
9.5 动态底部球击 97
9.5.1 工况概述 97
9.5.2 冲击头建模 98
9.5.3 球击位置确认 98
9.5.4 重力场设置 99
9.5.5 工况加载 99
第十章 模型检查、计算文件生成及提交计算 101
10.1 模型检查及计算文件生成 101
10.2 提交计算 103
10.2.1 客户端单机提交计算（SMP） 103
10.2.2 模型调试 106
10.3 常见错误及解决办法 113
第十一章 后处理 119
11.1 查看结构件应力、应变、位移云图 119
11.2 查看能量曲线、截面力、接触力等二维数据 119
11.3 结果评价 121
第四部分 标准建模 机械可靠模块
第十二章 材料和属性创建 124
12.1 材料创建 124
12.2 属性创建 125
第十三章 模型连接处理及卡片输出 130
13.1 螺栓连接 130
13.2 焊接连接 131
13.3 胶粘连接 133
13.4 接触设置 134
13.4.1 电池模组与箱体 134
13.4.2 模组接触设置 135
13.5 结果输出卡片设置 136
第十四章 工况分析 141
14.1 模态和惯性力分析 141
14.1.1 约束设置 141
14.1.2 载荷设置-模态 142
14.1.3 载荷设置-惯性力 143
14.1.4 工况设置-模态 144
14.2 随机振动分析 144
14.2.1 约束设置 144
14.2.2 载荷设置-spcd 145
14.2.3 载荷设置-Freq 145
14.2.4 载荷设置-Eigrl 146
14.2.5 载荷设置-TABLED1 147
14.2.6 载荷设置-rload2 148
14.2.7 载荷设置-TABRAND1 148
14.2.8 载荷设置-RANDPS 149
14.2.9 激励工况设置-FRA_X 150
14.2.10 激励工况设置-FRA_X 150
第十五章 模型检查、计算文件生成及提交计算 153
15.1 模型检查及计算文件生成 153
15.2 提交计算 155
15.3 常见错误及调试方法 156
第十六章 后处理 163
16.1 结果导入 163
16.2 结果查看 163
第五部分 实例详解
第十七章 数据模型处理及网格绘制 166
17.1 三维模型导入 166
17.2 模型简化 168
17.3 重命名 169
17.4 网格划分 170
17.4.1 箱盖网格划分 170
17.4.2 侧边框网格划分 173
17.4.3 双层底板中间梁网格划分 182
17.4.4 底板网格划分 185
17.4.5 实体套筒网格划分 186
17.4.6 液冷板前处理 189
17.4.7 模组前处理 198
17.4.8 电器件前处理 209
17.4.9 汇流排前处理 212
第十八章 机械安全性分析 215
18.1 材料及属性赋予 215
18.1.1 建模面板选择 215
18.1.2