负泊松比结构填充汽车电池包的冲击响应分析与优化
Impact response analysis and optimization of automotive battery packs filled with negative Poisson ratio structures
- 机械强度 2026年48卷第3期 页码：104-113
- 作者机构：
辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，锦州 121001
- 作者简介：
陈艺文，男，1997年生，辽宁丹东人，硕士研究生；主要研究方向为CAD/CAE/CAM集成技术；E-mail：cccchenyiwen@163.com。
- 基金信息：辽宁省教育厅科学研究经费项目(JQL202015406)
DOI：DOI:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.012
中图分类号：收稿：2024-05-18，
修回：2024-07-09，
纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
移动端阅览
陈艺文，李煜，杨昆，等. 负泊松比结构填充汽车电池包的冲击响应分析与优化［J］. 机械强度，2026，48（3）：104-113.
CHEN Yiwen，LI Yu，YANG Kun，et al. Impact response analysis and optimization of automotive battery packs filled with negative Poisson ratio structures［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：104-113.
摘要
目的
2
电动汽车电池包的安全性能对车辆整体安全性具有重要作用。由于电动汽车具有独特的结构和动力系统，其在碰撞安全方面面临更多挑战。为最大限度地提高电动汽车电池包的安全性能，提出将负泊松比材料填充至电池包，利用其轻质、隔振性好和抗冲击性能高等性能特点，提升电池包的抗冲击性能和安全性能。
方法
2
首先，以具有内凹六边形胞元结构的负泊松比材料为研究对象，采用准静态压缩试验和仿真，验证内凹六边形负泊松比结构具有明显的负泊松比效应；然后，将负泊松比材料填充至电池包中，进行冲击响应分析；最后，采用响应面优化方法，以负泊松比电池包的最大等效应力最小和变形最小为优化目标，对用负泊松比材料填充的电池包的整体结构进行优化。
结果
2
结果表明，负泊松比电池包的最大等效应力相较原型电池包减小了26.93%，最大变形减小了36.92%，最大加速度减小了44.76%，负泊松比电池包具有更加优越的安全性能。相较于优化前，优化后的负泊松比电池包的安全性得以进一步提升。
Abstract
Objective
2
The safety performance of the battery pack is a critical factor for the overall safety of electric vehicles. Owing to the unique structures and power systems of electric vehicles
they face more challenges in crash safety. To maximize the safety performance of electric vehicle battery packs
the negative Poisson ratio materials were filled into the battery packs. By leveraging the superior properties of negative Poisson ratio materials
such as light weight
excellent vibration isolation and high impact resistance
the impact resistance and safety performance of the battery packs are enhanced.
Methods
2
First
the negative Poisson ratio material with a concave hexagonal cell structure was taken as the research object. Quasi-static compression test and simulation were carried out to verify that the concave hexagonal structure with negative Poisson ratio structure exhibits an obvious negative Poisson ratio effect. Second
the negative Poisson ratio material was filled into the battery pack
and the impact response analysis was conducted on the negative Poisson ratio-structure-filled battery pack. Finally
the response surface optimization method was adopted
with the minimization of the maximum equivalent stress and the maximum deformation of the battery pack filled with negative Poisson ratio material as the optimization objectives
to optimize the overall structure of the battery pack filled with negative Poisson ratio material.
Results
2
The results show that the maximum equivalent stress of the battery pack filled with negative Poisson ratio material is reduced by 26.93% compared with that of the original battery pack
the maximum deformation is decreased by 36.92%
and the maximum acceleration is decreased by 46.43%. The battery pack filled with negative Poisson ratio material demonstrates significantly superior safety performance. In addition
the safety performance of the optimized battery pack filled with negative Poisson ratio material is further improved in comparison with that before optimization.
关键词
Keywords
references
赵悦 ， 高晶 ， 刘思怡 . 电动汽车底部电池包碰撞安全和典型工况研究 ［J］. 汽车与配件 ， 2022 （ 17 ）： 68 - 71 .
ZHAO Yue ， GAO Jing ， LIU Siyi . Study on collision safety and typical working conditions of battery pack at the bottom of electric vehicle ［J］. Automobile & Parts ， 2022 （ 17 ）： 68 - 71 . （In Chinese）
黄芦 . 车用动力电池包底部冲击响应分析及安全性评价 ［D］. 广州 ： 华南理工大学 ， 2021 ： 13 - 14 .
HUANG Lu . Impact response analysis and safety evaluation of the bottom of EV battery pack ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2021 ： 13 - 14 . （In Chinese）
赵昌方 ， LIM G K ， 乐贵高 ， 等 . 复合材料负泊松比结构等效弹性力学理论建模 ［J］. 青岛科技大学学报（自然科学版） ， 2023 ， 44 （ 5 ）： 87 - 99 .
ZHAO Changfang ， LIM G K ， LE Guigao ， et al . A perliminary theoretical model of equivalent elastic mechanics for composite structures with negative Poisson’s ratio ［J］. Journal of Qingdao University of Science and Technology（Natural Science Edition） ， 2023 ， 44 （ 5 ）： 87 - 99 . （In Chinese）
孔维凡 ， 付涛 . 负泊松比内凹六边形蜂窝夹层板的吸声性能 ［J］. 复合材料学报 ， 2024 ， 41 （ 4 ）： 2157 - 2166 .
KONG Weifan ， FU Tao . Sound absorption performance of concave hexagonal honeycomb sandwich panels with negative Poisson’s ratio ［J］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 2024 ， 41 （ 4 ）： 2157 - 2166 . （In Chinese）
王振 ， 陈国平 ， 惠旭龙 ， 等 . 基于旋转内凹六边形的负泊松比结构力学性能研究 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 124 - 130 .
WANG Zhen ， CHEN Guoping ， HUI Xulong ， et al . Mechanical performance of negative Poisson’s ratio structures based on rotating concave hexagon ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 124 - 130 . （In Chinese）
尤泽华 ， 肖俊华 ， 王美芬 . 弧边内凹蜂窝负泊松比结构的力学性能 ［J］. 复合材料学报 ， 2022 ， 39 （ 7 ）： 3570 - 3580 .
YOU Zehua ， XIAO Junhua ， WANG Meifen . Mechanical properties of arc concave honeycomb structure with negative Poisson’s ratio ［J］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 2022 ， 39 （ 7 ）： 3570 - 3580 . （In Chinese）
HU L L ， ZHOU M Z ， DENG H . Dynamic crushing response of auxetic honeycombs under large deformation：theoretical analysis and numerical simulation ［J］. Thin-Walled Structures ， 2018 ， 131 ： 373 - 384 .
QUAN C ， HAN B ， HOU Z H ， et al . 3d printed continuous fiber reinforced composite auxetic honeycomb structures ［J］. Composites Part B：Engineering ， 2020 ， 187 ： 107858 .
吴小莉 ， 李兆凯 . 新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 826 - 837 .
WU Xiaoli ， LI Zhaokai . Study on the equivalent properties and energy absorption properties of a novel material with negative Poisson’s ratio ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 826 - 837 . （In Chinese）
张庆永 ， 王宇超 ， 王辉 . 功能梯度材料吸能盒碰撞仿真及优化 ［J］. 机电技术 ， 2022 ， 45 （ 1 ）： 50 - 53 .
ZHANG Qingyong ， WANG Yuchao ， WANG Hui . Collision simulation and optimization of functionally graded material energy-absorbing box ［J］. Mechanical & Electrical Technology ， 2022 ， 45 （ 1 ）： 50 - 53 . （In Chinese）
DHARI R S ， JAVANBAKHT Z ， HALL W . On the deformation mechanism of re-entrant honeycomb auxetics under inclined static loads ［J］. Materials Letters ， 2021 ， 286 ： 129214 .
韩广 ， 郄彦辉 ， 班宝旺 . 新型斜十字负泊松比结构弹性力学性能研究 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 183 - 189 .
HAN Guang ， QIE Yanhui ， BAN Baowang . Study on elastic mechanical property of novel oblique cross-like structure with negative Poisson’s ratio ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 183 - 189 . （In Chinese）
赵健 ， 刘效朋 ， 王泽武 . 基于3D打印的PLA材料力学性能研究 ［J］. 塑料工业 ， 2020 ， 48 （ 7 ）： 139 - 143 .
ZHAO Jian ， LIU Xiaopeng ， WANG Zewu . Research on mechanical properties of PLA material based on 3D printing ［J］. China Plastics Industry ， 2020 ， 48 （ 7 ）： 139 - 143 . （In Chinese）
叶正挺 . 新能源汽车铝合金轻量化及其连接技术发展现状 ［J］. 科技创新与应用 ， 2023 ， 13 （ 20 ）： 155 - 158 .
YE Zhengting . Development status of aluminum alloy lightweight and its connection technology for new energy vehicles ［J］. Technology Innovation and Application ， 2023 ， 13 （ 20 ）： 155 - 158 . （In Chinese）
DEROUSSEAU M ， GULLY B ， TAYLOR C ， et al . Repurposing used electric car batteries：a review of options ［J］. JOM ， 2017 ， 69 （ 9 ）： 1575 - 1582 .
SHE Z H . A class of unconditioned stable 4-point WSGD schemes and fast iteration methods for space fractional diffusion equations ［J］. Journal of Scientific Computing ， 2022 ， 92 （ 1 ）： 18 .
0
浏览量
0
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-4
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies