LS-DYNA使用同一模型可以同時求解結(jié)構(gòu)-熱-電等多方面的多物理場問題，可以應(yīng)用在電池的擠壓和針刺方面，可一次性得到結(jié)構(gòu)變形信息、熱信息、電流電壓及SOC剩余載荷等信息。多物理場電池擠壓和針刺采用分布式等效電路模型，可以模擬電池的局部短路，模型中電池電的相關(guān)輸入?yún)?shù)和熱的輸入?yún)?shù)可以與Fluent共用。
本次將介紹LS-DYNA中電池結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的推薦材料模型，以及多物理場擠壓、跌落和針刺案例。
LS-DYNA及其在電池行業(yè)應(yīng)用簡介
除了核心求解器LS-DYNA外，其還提供前后處理工具LS-PrePost，假人模型、壁障模型，輪胎模型，拓撲優(yōu)化軟件LS-TasC，參數(shù)優(yōu)化軟件LS-OPT，以及2022年推出的專注于鈑金沖壓成形分析軟件Ansys forming等，均以LS-DYNA為中心進行求解。
LS-OPT可以用于電池結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的優(yōu)化，如右上案例所示，擠壓邊框時零件的厚度設(shè)計多少合適？在滿足性能指標的同時（該案例截面力需要滿足≥800000），使它的重量最小，每個case使用一個核計算2分鐘提交LS-OPT計算，整個優(yōu)化工程使用8個核需2小時，最終減重約為2千克，可幫助工程師減少重復的改參數(shù)計算。
LS-TaSC可應(yīng)用于沖擊拓撲優(yōu)化 ，NVH，剛度，及多學科的拓撲優(yōu)化等。
LS-DYNA擁有廣泛并強大的功能，秉承“一個程序，一個模型，一個許可，多種求解方法”的理念，可為用戶提供多物理場、多工序、多階段、多尺度等工程問題的解決方案。除了廣大用戶所熟知的顯式求解功能之外，兼具隱式求解功能；以拉格朗日算法為主，兼有ALE和Euler算法；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分析、流體、電磁、流體、結(jié)構(gòu)等多物理場耦合功能。
LS-DYNA可以應(yīng)用于鋰電池多物理場仿真，在求解變形的同時，可同步得到電池的電流變化，電壓變化， SOC變化，溫度變化，以及短路的信息等。
許多國內(nèi)知名電池廠商利用LS-DYNA仿真部分標準工況，如擠壓、沖擊、跌落、碰撞，此外還有部分廠商利用LS-DYNA進行多次沖擊、電池膨脹、擠壓多物理場等工況分析。
LS-DYNA電池結(jié)構(gòu)相關(guān)建模及新功能
我們知道，電芯的建模有兩種方式，精細化建模和均質(zhì)化材料模型。精細化建模就是把每一層都建出來，一個電芯可能有上百層，活性材料（石墨與MNC）可以使用*MAT_CRUSHABLE_FOAM材料本構(gòu)，金屬材料或外殼可使用24號*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY材料本構(gòu)，隔膜為各向異性材料，可使用*MAT_ANISOTROPIC_VISCOPLASTIC（*MAT_103）號材料本構(gòu)。
如無需對電芯進行精細化建模，則可采用均質(zhì)化模型，這里推薦*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB（*MAT_126），該本構(gòu)模型在不同的工況下的結(jié)果與實驗結(jié)果吻合度較高。
在進行擠壓邊框分析時，有時會出現(xiàn)擠壓失效。部分電池廠商選擇使用GISSMO模型，以考慮不同應(yīng)力狀態(tài)下的不同的失效應(yīng)變，同時還能考慮網(wǎng)格無關(guān)性。
GISSMO模型需要不同的實驗來標定參數(shù)，人為的調(diào)整參數(shù)是較難以實現(xiàn)，此時可以使用LS-OPT進行材料參數(shù)標定，得出的材料參數(shù)可促使仿真和實驗結(jié)果的一致性。
上圖展示了FAW使用*MAT_187號、*MAT_24塑料材料本構(gòu)進行汽車大燈和前端框架塑料件沖擊案例，輸入不同應(yīng)力狀態(tài)下的曲線，并使用LS-DYNA進行的實驗與仿真分析對比。
上圖展示了針對其他非金屬材料的材料本構(gòu)模型及應(yīng)用描述。
LS-DYNA在鋰電池多物理場擠壓、針刺上的應(yīng)用
LS-DYNA鋰電池多物理場擠壓分析，推薦采用最新的MPP或R13.0以上版本，需使用MPP double求解器版本，LS-PrePost推薦4.9版本或以上。為確保MPP結(jié)果的一致性，需在模型中加入*CONTROL_MPP_IO_LSTC_REDUCE關(guān)鍵字，確保求解核數(shù)、求解器版本、模型一致的情況下，得出的結(jié)果是一致的。
關(guān)鍵字*EM_CONTROL和*EM_CONTROL _TIMESTEP，用以打開電求解功能及控制時間步長。
金屬的電導率隨溫度的變化而變化，LS-DYNA可通過定義*EOS考慮電導率的特性。
LS-DYNA可通過*EM_ISOPOTENTIA定義節(jié)點集進行等勢體電連接，導體內(nèi)任意兩點的電勢差都為零，稱為等勢體，再利用*EM_ISOPOTENTIAL_CONNECT進行等勢體之間的連接。通過這兩個關(guān)鍵字可搭建各種各樣復雜的電路。
LS-DYNA除了包含結(jié)構(gòu)的接觸之外，還包含電接觸，上圖展示了導體間的電接觸。上圖中的案例展示了金屬棒掉落觸碰到電芯的正負極之后引起的放電現(xiàn)象，這里既包含了結(jié)構(gòu)接觸，也包含了電接觸（使用*EM_CONTROL_CONTACT關(guān)鍵詞）。
共節(jié)點可以讓電流自然的流過，使用*EM_CONTROL_CONTACT關(guān)鍵字可用于滑動電接觸，可定義間隙，當實際間隙小于設(shè)計的d0值，電流可以流過導體。
在定義接觸之后，*EM_CONTACT_RESISTANCE定義接觸電阻，使用*DEFINE_FUNCTION可編寫C語言定義任意的接觸電阻模型。相關(guān)閱讀
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