随着能源的短缺和空气污染的日益严峻,电动汽车的研究、开发与应用已成为汽车行业的主流趋势之一。电池箱作为动力电池组的承载体,是确保电池组安全的重要零部件。电池箱既要满足刚度强度等静态特性和模态特性以外,还应满足结构安全性、可靠性、轻量化等要求。因此,本文以某款电动汽车动力电池箱为研究对象,开展模态分析及结构优化等多项研究,主要工作内容如下:(1)通过实验模态分析法对电动汽车电池箱进行模态测试,识别电池箱的固有频率和对应的模态振型,并对测试结果进行模态验证。模态验证结果显示:本次模态测试各阶模态幅值相干系数(MAC)非对角元素的值较小,表明测试所得各阶模态均为有效模态。各阶模态的阻尼比均比较低,模态相位共线性(MPC)值接近于100%且平均相位偏差(MPD)值很小,说明本次模态测试结果准确率很高。(2)建立电动汽车电池箱有限元仿真分析模型,对电池箱进行自由模态和约束模态仿真分析。电池箱的自由模态仿真结果与模态测试结果对比表明一致性很好,各阶振型也比较吻合,电池箱仿真分析模型的准确度较高。电池箱一阶模态数值高于电池箱箱体受到的因路面不平造成的激励频率,不会发生共振。对比分析自由状态和约束状态下电池箱的模态仿真结果,更加准确的反映电池箱的固有动态特性,为后续改进优化提供参考。(3)结合拓扑优化理论,考虑轻量化的前提下基于一阶模态频率最大化目标进行拓扑优化。按照优化结果对电池箱提出优化方案,分别通过仿真分析和对实物改制进行模态测试,验证了优化方案有效性。(4)基于结构可靠性原则,完成电池箱结构的随机振动疲劳寿命分析。首先结合结构静力学理论对电池箱箱体在电动汽车极限组合工况下的结构强度进行校核。针对电池箱对振动疲劳耐久性能的要求,参照电池箱随机振动测试的国家标准结合Miner线性累计损伤法则,采用Dirlik计算方法对电池箱的随机振动疲劳寿命进行预测。结果表明电池箱工作过程中在Z方向最有可能发生疲劳失效,疲劳寿命薄弱位置出现在托脚螺栓孔处,其最小寿命仍高于国家标准中规定的测试时间,满足疲劳寿命要求。本文旨在研究电动汽车电池箱的模态分析及结构优化方法,对电池箱结构设计以及后续优化改进提供参考,具有实践指导意义。