Page 28 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 赵春风，等： 动态荷载作用下钠离子电池的失效行为与安全性能分析 第 8 期

45
Test
40
Simulation
35
30
Force/kN 25 Maximum principal stress/MPa
20
15 11.440
9.953
10 8.467
6.981
5 5.495
4.009
2.524
0 1.038
2 4 6 8 −0.448
Displacement/mm −1.934
−3.419
(a) Force-displacement curves (b) Comparative analysis of jelly-roll deformation
图 6 试验与模拟的力-位移曲线及卷芯挤压对比
Fig. 6 Comparison of force-displacement curves and jelly-roll deformation between test and simulation
4 结果分析

4.1 冲击速度的影响
基于上述有限元模型，研究了冲击载荷下 18650 钠离子电池的动态响应。不同冲击速度下电池达
到特定位移（δ）时的最大主应力云图如图 7 所示，拉应力为正，压应力为负。在低速冲击（1 m/s）条件下，
卷芯在冲击段与固定端的变形形态表现出高度相似性。然而，在较高冲击速度下，卷芯冲击段明显先于
固定端发生变形。
冲击载荷的本质是施加一个瞬时的、高应变率的动态力，其能量无法瞬间传递至整个结构，而是以
压缩应力波的形式从冲击点向远端传播。当该压缩波传播至电池底部的自由表面时，受自由表面边界

Maximum principal stress/MPa
3.00
2.70
2.40
2.10
1.80
1.50
v=1 m/s 1.20
0.90
0.60
0.30
0
Maximum principal stress/MPa
4.00
3.58
3.16
2.74
2.32
v=5 m/s 1.90
1.48
1.06
0.64
0.22
−0.20
Maximum principal stress/MPa
3.50
3.15
2.80
2.45
2.10
v=10 m/s 1.75
1.40
1.05
0.70
0.35
0

081501-9

δ δ δ