详情

原文传递车载柔性电子结构覆形技术研究

论文题名：	车载柔性电子结构覆形技术研究
关键词：	新能源汽车;柔性电子结构;中间构形;多步逆成形
摘要：	新能源汽车有无废气排放、用车成本低的特点，受到了大众的欢迎。自动驾驶、主被动安全等功能的运用，使新能源汽车上电气化设备比重不断上升。当前汽车动力电池重量控制领域一直缺乏突破，而且汽车动力电池内部需要准确采集电池电压，温度，电流等信息，势必导致内部线路错综复杂，使用柔性FPC代替既可以减轻重量，也可以减少组装工序。柔性电子线路的工作环境是狭窄、曲折，甚至空间折叠的，将柔性电子线路覆形在不规则曲面，可以减少空间占用，因此覆形是其中的核心环节。　　柔性电子线路的覆形是弹塑性、大变形的过程，普通基于CAD的几何映射方式得到的结果是不准确的，因此需要计算精度更好的成形算法。目前企业使用市面通用有限元软件的正向模拟增量法需要经过多道工序仿真，存在计算时间长的问题，不适合运用在柔性电子线路领域，因此从柔性电子线路的制备工艺出发，逆成形有限元方法成为更好的选择。目前有商业软件实现了一步逆成形算法，对于一般的车身部件具有良好的求解速度和精度，但是柔性FPC结构更加复杂，市面有限元求解器计算会有鲁棒性不好、求解精度不好，甚至无法计算的问题。因此为解决这些问题，本文研究内容如下：　　（1）本文提出一种中间构形的形面快速构造办法，通过忽略每个非线性迭代分析步的初应力和初应变得到。因为柔性电子结构有的存在最终构形，有的没有最终构形，本文提出的中间构形快速构造办法可以解决这个问题。不仅为覆形求解框架提供中间构形，也为没有中间构形的结构提供接近最终构形的构形。本文对该构造办法的有效性进行验证，为多步逆柔性电子结构覆形求解框架奠定基础。算例分析表明，本文提出的中间构形快速构造办法构造的中间构形与真解比较是理想的，满足使用要求。　　（2）本文提出一种基于多步逆的柔性电子结构的覆形求解框架，将冲压领域大变形成形算法运用在该领域可以实现在三维不可展曲面的覆形，解决目前企业使用商业软件进行相关计算中存在的计算时间长甚至不收敛的问题。柔性电子结构形状复杂，在覆形计算过程中存在大量负角等问题。本文首先将存在负角问题的部位进行裁剪，再使用一步逆方法分别展平，使用本文的FPC“缝合”算法进行缝合，最后经过迭代得到完整的展平构形。为了保证精度，通过不断的映射与展平，对比同一节点的位移差，当差值在误差范围内为收敛，否则继续迭代，最终得到一个准确的FPC空间构形。这种方式实现了构形由空间中的迭代转向了在平面上迭代，简化了计算流程。综上，本求解框架结合了正向模拟增量法和一步逆成形算法的优点，既节省时间又保证计算精度。
作者：	张桂涌
专业：	车辆工程
导师：	张向奎
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2021