随着电动汽车数量的迅速增长对应的安全问题也日益突显。电动汽车碰撞事故中,锂电池在机械滥用下的变形失效是导致内部短路和热失控的因素之一。论文通过试验分析、建模仿真和理论解析三种方法,揭示了车用方形锂电池在机械挤压载荷下的力学行为和变形失效,建立了预测电池结构变形失效的力学模型,改善了对方形锂电池机械滥用下内部短路失效的认知。研究从介观和宏观尺度全面地分析了方形锂电池的机械响应特性和变形失效模式,对于方形锂电池在试验方法和建模仿真方面提供了有价值的参考。针对方形锂电池进行了不同加载方向,不同加载速度,不同SOC状态及不同类型压头的机械滥用试验,分析了这些因素对电池机械特性的影响。根据试验产生的宏观力学响应曲线、开路电压及表面温度的变化曲线分析了机械载荷与内部短路之间的关联性,并以载荷的突变点作为内部短路发生的标志,总结了电池机械失效对开路电压和表面温度变化的影响。此外,针对电池内部组件进行了单轴拉伸,单轴压缩及双轴挤压试验,详细分析了正极,负极和隔膜在机械滥用下的力学行为和失效模式。利用Lsdyna软件的各向同性可压缩性泡沫材料构建方形锂电池均质化模型,采用最大主应变失效准则较好地预测了不同挤压载荷作用下的力-位移曲线和内部短路失效。通过解析法推导了方形锂电池在球形压头下的力-位移本构关系式。引入莫尔-库伦（MC）断裂失效准则对方形锂电池均质化模型在局部载荷下的断裂行为进行了探讨,分析了电池内芯剪切断裂失效模式。根据最大剪切理论预测了均质化内芯失效的起始位置,并采用数值模拟给予验证。针对方形锂电池机械响应的动态效应进行了研究分析。利用方形锂电池均质化模型建立了电动汽车侧面刚性柱碰撞模型并验证了模型可靠性。通过仿真分析了动力电池包内部固定结构,电池模组及电池单体的碰撞安全性。根据方形锂电池内部组件的力学试验,分析了正极、负极及隔膜在单轴拉伸、单轴压缩及局部挤压载荷下的力学行为和损伤失效。针对内部组件进行了力学行为的标定和校准,提出了金属集电器、涂层材料及隔膜的应力-应变本构模型。将内部组件本构模型转化为力学模型进行了分析验证,进一步构建了由内部组件交替堆叠的轴对称力学模型,仿真分析了不同层间的电极在局部挤压载荷下的渐进式变形失效行为。PP隔膜在不同尺寸球形压头下会产生两种不同的失效模式。根据方形锂电池的局部挤压试验发现,大部分电池在可预测的载荷和变形条件下发生了内部短路行为,少数电池产生了更大的挤压变形量且没有表现出内部短路行为。通过试验分析发现,PP隔膜两种不同的失效模式会导致方形锂电池不同的内部短路行为,其中隔膜特殊失效模式会引发方形锂电池内部微短路。针对球形压头下PP隔膜特殊失效模式的力-位移曲线进行拟合,获得了非线性力-位移本构方程并给予验证。采用试验结合理论的方法分析了方形锂电池内部微短路的机理,提出了PP隔膜在特殊失效模式下的临界变形准则。隔膜在特殊失效模式下引发锂电池内部微短路的机理研究能够有助于提升电动汽车事故的理解和改善车内锂电池的保护。构建了多尺度、多物理场、多界面接触的方形锂电池宏-介多尺度联合模型。通过仿真分析发现,离散层状结构模型由于多层界面接触导致计算效率较低。为了在计算效率与模型准确性之间找到一个平衡点,提出了建立包含隔膜-正极（正极集电器和涂层材料）-隔膜-负极（负极集电器和涂层材料）交替组成的超薄分析单元模型,通过球形压头对分析单元模型的变形失效进行了详细分析,并与试验结果进行了对比验证。进一步构建了具有较高计算效率的分析单元-均质化多尺度联合模型,通过校准分析单元数量和标定隔膜失效应变模拟了局部载荷下的力-位移曲线和失效模式。引入了应力三轴度和罗德角参数对联合模型内芯的最大主应变单元进行应力状态解析,阐述了分析单元模型在局部载荷下的失效模式,并验证了模型精度的可靠性。联合模型能够有效地预测方形锂电池力-位移响应曲线、内部隔膜变形失效以及内部短路位移,并且计算效率相比于离散层状结构模型有很大程度的提升。因此,联合模型可以应用至动力电池包或者电动汽车,在保证仿真精度的同时能够合理地控制开发时间。