空调结构件优化方法与流程

1.本发明涉及空调结构件优化领域，具体涉及一种空调结构件优化方法。


背景技术：

2.空调外机钣金结构件主要起到强度支撑作用，在物流运输和安装过程中极易发生跌落、碰撞、振动以及踩踏等行为。若钣金结构件强度不够会引起外观受损以及外机振动噪声问题，因此对结构件设计的强度要求较高。对于空调产品来说，目前行业采用空调跌落试验来评估物流运输过程可能出现的产品受损情况，而跌落试验在开模试制后进行，一旦出现问题，修模代价高，周期长。因此如何在在样机开发阶段准确评估结构件的强度，以提升产品研发效率和成功率是一个亟待解决的问题。
3.现有技术如cn109002655a公开的一种空调室外机包装跌落仿真方法，包括几何清理；有限元模型的建立，对几何清理后的三维模型进行材料参数设定、单元属性选取、网格划分、零部件连接、载荷和初始条件设定、仿真求解控制参数设定，得到空调室外机整机有限元模型；求解计算，得出能量值与加速度值；对仿真结果进行判断并获得准确的跌落脆值。该方案能够利用有限元仿真技术模拟样机跌落过程，识别产品跌落过程中存在的问题，辅助产品设计研发，减少实验次数，提高设计成功率。
4.但该方案仅仅是通过跌落计算评估产品存在的问题，缺少在整机复杂模型跌落过程中对单个零部件的优化分析，对产品研发质量改进和提升的作用有限。针对空调整机复杂跌落过程中单个零部件优化问题，现有技术还未提出一种高效、简单、准确的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种空调结构件优化方法，综合考虑了各种跌落工况，且避免了复杂整机跌落带来的模型处理复杂、计算量大、计算效率低等问题，极大地提高了对空调目标结构件的优化能力。
6.本发明采取如下技术方案实现上述目的，空调结构件优化方法，包括：
7.步骤1、获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据；
8.步骤2、对空调整机仿真模型进行处理，划分模型网格，设置各目标结构件的材料属性、连接方式以及跌落高度，设置完成后进行跌落数值计算，获取计算结果，从计算结果中获取整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据；
9.步骤3、从整机跌落仿真模型中单独提取目标结构件，对提取的目标结构件施加约束，划分结构网格，设置目标结构材料属性，施加载荷数据，计算提取目标结构件的应力应变数据；
10.步骤4、将单独提取的目标结构件的应力应变数据与整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据进行对比，若对比结果在设置的阈值范围内，则进入步骤5，否则调整计算边界条件回到步骤2；
11.步骤5、对单独提取的目标结构件进行优化。
12.进一步的是，步骤1中，所述获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据具体包括：
13.通过实物样机跌落试验或跌落仿真计算获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据，实物样机跌落试验中，将加速度传感器或重力传感器设置在目标结构件上，采集跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据。
14.进一步的是，所述材料属性包括密度、弹性模量、泊松比、以及应力应变曲线，材料属性通过标准样机在材料拉伸试验机上进行测试获得。
15.进一步的是，步骤2中，还包括根据整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据评估需要优化的目标结构件，若目标结构件跌落过程中发生塑性应变率大于设置值，则判断该目标件需要优化。
16.进一步的是，跌落数值计算包括对面、棱、角工况的数值计算。
17.施加载荷数据具体包括：根据跌落面、棱、角工况下获得的冲击载荷数据，选取其中最大载荷工况数据，并根据检测点位置，加载相应位置的载荷数据。
18.进一步的是，所述约束包括目标结构件上的螺钉连接点采用固定约束，其他与装配体有接触支撑的部位采用无摩擦支撑。
19.进一步的是，对单独提取的目标结构件进行优化具体包括：对单独提取的目标结构件采用拓扑优化与形貌优化，优化方向包括增加局部加强筋、调整加强筋数量、高度、宽度，以及增加钣金件壁厚，直到目标结构件强度评估合格。
20.进一步的是，对单独提取的目标结构件进行优化具体还包括：优化时将多种跌落工况下的冲击载荷进行包络拟合获得最大加载载荷数据，通过所述最大加载载荷数据对优化时的加载载荷数据进行调整。
21.本发明的有益效果为：
22.本发明将单独计算的目标结构件的应力应变数据与整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据进行对比，保证单个目标结构件计算模型建立的准确性，根据对比结果判断目标结构件计算模型是否准确，通过整机跌落计算能够准确定位需要优化的单个目标结构件，进一步再对需要优化的单个目标结构件进行计算模型的建立和优化，相对于整机优化，本发明极大地提高了对空调目标结构件的优化能力以及优化效率。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的空调结构件优化方法流程图；
24.图2为本发明实施例提供的产品跌落面工况示意图。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供一种空调结构件优化方法，如图1所示，包括：
27.s1、获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据
28.具体包括：通过实物样机跌落试验或跌落仿真计算获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据，实物样机跌落试验中，将加速度传感器或重力传感器设置在目标结构件上，采集跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据，传感器数量越多，监测的点位越多，采集振动冲击数据信号越多，最后的结果越精确。
29.s2、获取整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据
30.在本发明的一种实施例中，获取整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据包括对整机模型、包括包装进行模型处理，划分模型网格，设置各部件材料属性，属性包括密度，弹性模量、泊松比、以及应力应变曲线，材料属性通过标准样机在材料拉伸和压缩试验机上进行测试获得，考虑到材料测试标准样件与产品开模件的差异，以及材料受温度、拉伸和压缩速率的影响，试验获得的应力应变材料数据取1.5倍的安全系数，作为材料数据下限，以此数据作为仿真使用材料数据。然后设置部件间的接触、螺栓连接等，设置跌落高度等，提交计算，获取计算结果，从计算结果中可以获取结构件冲击加速度、速度、应力应变等数据信息，根据跌落应力应变结果评估需要优化的目标结构件(若结构件跌落过程中发生塑性应变率大于15％，则可判断需要优化)。空调外机一般目标结构件包括eps泡沫包装件，顶盖、前板、侧板、底板等钣金结构件。
31.根据产品跌落试验标准，需要完成面、棱、角工况的数值仿真计算，获取目标结构件上检测点的冲击加速度信息。如图2所示，跌落工况为6个面，a、b、c、d四个角，以及与a、b、c、d四个角相邻的边。即对应仿真模型共需计算18个跌落工况。
32.s3、从整机跌落仿真模型中单独提取目标结构件，计算提取目标结构件的应力应变数据
33.在本发明的一种实施例中，从整机跌落仿真模型中单独提取目标结构件，计算提取目标结构件的应力应变数据包括：单独提取目标结构件，基于计算机虚拟仿真技术对目标结构件进行优化计算，具体操作方法为从整机跌落仿真数值计算模型中，提取目标结构件，对目标结构件施加约束(等效于在装配体中的约束状态，具体方法为目标结构件上的螺钉连接点采用固定约束，其他与装配体有接触支撑的部位采用无摩擦支撑)，划分结构网格，设置结构材料属性(材料试验测试获得的应力应变数据)，施加载荷(即选择面、角、棱18个跌落工况中的任意一个工况下获得的冲击加速度载荷数据，根据检测点位置，加载相应位置的载荷数据)，求解计算获得结构应力应变结果，以及塑性应变率。
34.s4、将单独提取的目标结构件的应力应变数据与整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据进行对比
35.具体包括：将单独的目标结构件仿真结果与整机跌落过程中目标结构件的结果进行对比，校准目标结构件的仿真计算模型，若结果满足要求，则进行优化设计，否则需调整目标结构件仿真计算边界条件，直到两种仿真结果接近(最大应力应变结果位置一致，数据误差在15％以内)。优化时需调整加载载荷数据，为保证优化结果准确可靠，优化分析时加载的载荷应该综合考虑18种跌落工况冲击载荷，具体方法为将18种冲击载荷进行包络拟合获得最大加载载荷数据，通过最大加载载荷数据对优化时的加载载荷数据进行调整。
36.s5、对单独提取的目标结构件进行优化
37.对目标结构件进行优化设计，优化方法采用拓扑优化，形貌优化，优化改进方向一般为增加局部加强筋，以及调整加强筋数量，加强筋的高度、宽度，以及增加钣金件壁厚等
方案，直到目标结构件强度评估合格。
38.对于泡沫包装结构件的优化，可以考虑减振吸能效果和材料成本，材料成本以结构件质量作为评估指标，吸能效果以跌落过程中吸能曲线作为评估指标。
39.综上所述，本发明基于空调产品跌落机强问题，提出一种零部件全新的优化设计方法，极大地提高了对空调目标结构件的优化能力。

技术特征：
1.空调结构件优化方法，其特征在于，包括：步骤1、获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据；步骤2、对空调整机仿真模型进行处理，划分模型网格，设置各目标结构件的材料属性、连接方式以及跌落高度，设置完成后进行跌落数值计算，获取计算结果，从计算结果中获取整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据；步骤3、从整机跌落仿真模型中单独提取目标结构件，对提取的目标结构件施加约束，划分结构网格，设置目标结构材料属性，施加载荷数据，计算提取目标结构件的应力应变数据；步骤4、将单独提取的目标结构件的应力应变数据与整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据进行对比，若对比结果在设置的阈值范围内，则进入步骤5，否则调整计算边界条件回到步骤2；步骤5、对单独提取的目标结构件进行优化。2.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，步骤1中，所述获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据具体包括：通过实物样机跌落试验或跌落仿真计算获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据，实物样机跌落试验中，将加速度传感器或重力传感器设置在目标结构件上，采集跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据。3.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，所述材料属性包括密度、弹性模量、泊松比、以及应力应变曲线，材料属性通过标准样机在材料拉伸和压缩试验机上进行测试获得。4.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，步骤2中，还包括根据整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据评估需要优化的目标结构件，若目标结构件跌落过程中发生塑性应变率大于设置值，则判断该目标件需要优化。5.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，跌落数值计算包括对面、棱、角工况的数值计算。6.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，施加载荷数据具体包括：根据跌落面、棱、角工况下获得的冲击载荷数据，选取其中最大载荷工况数据，并根据检测点位置，加载相应位置的载荷数据。7.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，所述约束包括目标结构件上的螺钉连接点采用固定约束，其他与装配体有接触支撑的部位采用无摩擦支撑。8.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，对单独提取的目标结构件进行优化具体包括：对单独提取的目标结构件采用拓扑优化与形貌优化，优化方向包括增加局部加强筋、调整加强筋数量、高度、宽度，以及增加钣金件壁厚，直到目标结构件强度评估合格。9.根据权利要求1所述的空调结构件优化方法，其特征在于，对单独提取的目标结构件进行优化具体还包括：优化时将多种跌落工况下的冲击载荷进行包络拟合获得最大加载载荷数据，通过所述最大加载载荷数据对优化时的加载载荷数据进行调整。

技术总结
本发明涉及空调结构件优化领域，具体涉及一种空调结构件优化方法，极大地提高了对空调目标结构件的优化能力。技术方案包括获取跌落过程中目标结构件的冲击载荷数据；对空调整机仿真模型进行处理，获取整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据；从整机跌落仿真模型中单独提取目标结构件，对提取的目标结构件施加约束，划分结构网格，设置目标结构材料属性，施加载荷数据，计算提取目标结构件的应力应变数据；将单独提取的目标结构件的应力应变数据与整机跌落过程中目标结构件的应力应变数据进行对比，若对比结果在设置的阈值范围内，对单独提取的目标结构件进行优化。本发明适用于空调结构件的优化。调结构件的优化。调结构件的优化。


技术研发人员：邓培生
受保护的技术使用者：四川长虹空调有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/22