【摘 要】
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目前新能源汽车产业高速发展,燃料电池汽车是其中的一条发展路线。燃料电池汽车主要动力源质子交换膜燃料电池电堆是整车的核心部件,其承载和保护结构对电池系统的安全和性能有着重要意义。本文针对某氢燃料重卡电堆防护架,通过静态分析、模态分析和随机振动分析及结构优化分析。探究填充泡沫铝复合材料在结构轻量化和减振方面的应用。主要研究内容如下:（1）根据汽车结构设计要求进行性能指标分析,将厂家提供的三维模型简化重
【基金项目】
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山西省科技重大专项项目（No.20181102009）,重卡燃料电池动力系统及整车集成技术；
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目前新能源汽车产业高速发展,燃料电池汽车是其中的一条发展路线。燃料电池汽车主要动力源质子交换膜燃料电池电堆是整车的核心部件,其承载和保护结构对电池系统的安全和性能有着重要意义。本文针对某氢燃料重卡电堆防护架,通过静态分析、模态分析和随机振动分析及结构优化分析。探究填充泡沫铝复合材料在结构轻量化和减振方面的应用。主要研究内容如下:（1）根据汽车结构设计要求进行性能指标分析,将厂家提供的三维模型简化重建,在Hyper Mesh中搭建有限元模型。按照有限元分析步骤,进行颠簸路面下四种经典工况下的静力学分析,电堆防护架强度安全状况满足设计指标,支撑梁存在轻量化设计的空间。进行约束条件下的模态分析,获得电堆防护架前六阶模态的固有频率和振型图,发现结构的第一阶模态固有频率为17.42 Hz,在燃料电池汽车激振频率范围内,表明顶部密封结构和侧梁的刚度不足,容易发生共振。（2）参考锂电池汽车的国家标准对电堆防护架进行随机振动分析。通过仿真结果可知,电堆防护架符合国标规定的安全性要求。为下文对电堆防护架优化设计提供依据。（3）试验探究有无填充泡沫铝结构的阻尼比差距,采用东方所的DASP-V10软件设备对两种试样进行自由模态试验,提取稳态特征图中的前十阶模态和阻尼比。将结构阻尼模型等效为Rayleigh阻尼模型,用最小二乘法计算比例阻尼系数,发现填充泡沫铝能明显提高结构比例阻尼系数。最后进行有阻尼的谐响应分析,通过仿真分析探究模型中节点振幅变化情况,发现填充泡沫铝能降低节点处的振幅,泡沫铝材料具有明显的减振效能。（4）根据静态、模态及随机振动分析对电堆防护架进行优化设计。在优化后的结构中用泡沫铝夹芯层合材料属性替代结构钢材料属性,进行轻量化设计,探究填充泡沫铝材料后对结构刚度和强度的影响,选择合适厚度的泡沫铝夹芯层合板替代原结构。优化后的防护架重量由54.34 kg降至46.45 kg,结构重量减轻14.51%,最后对优化后结构进行结果校核,证明泡沫铝在结构轻量化应用的合理性。
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