1 概述
家電產品在到達最終客戶之前，一直要面對各種運輸問題，空調產品也不例外。運輸過程的工況非常復雜，比如堆碼，踩踏，夾抱等都是有可能出現問題的環節，但最惡劣的工況應該是跌落，從售后反饋數據來看，一定高度的整機跌落造成的機器結構件和外觀件變形，功能失效等都是運輸過程造成巨大損失的根本原因。
以往針對跌落問題的主要手段主要是試驗臺跌落試驗，對于安全系數較低的的包裝設計，打開完成跌落試驗的包裝，我們發現跌落的結果并不能直觀反映造成這種結果的原因，由于跌落試驗發生變形的時間通常小于50ms，并且機型外面包裹著非透明的包裝盒，這使得空調內部結構件和包裝內部變形過程難于觀察。為此，我們甄選了在有限元分析領域領先的RADIOSS求解器，期望對這種現狀做出改觀。
2 有限元模型的建立
2.1網格劃分和材料賦予
針對空調整機跌落的分析，我們選擇了某機型，將其分成空調整機和外包裝兩個部分去準備CAE模型。對于空調整機大量應用的塑料件和鈑金件我們選取殼單元來模擬，包裝的3D特征使我們選擇了帶中間節點的SOLID單元，最終生成的模型節點數和單元數見表1。
表1 模型規模統計
ABS塑料的材料參數：
楊氏模量：4.7Gpa
材料密度：1.03E-6kg/m^3
泊松比：0.35
此外應用了標準樣件試驗得出的應力／應變曲線(MAT/LAW36)。空調機有限元模型圖見圖1，局部網格圖見圖2，頂部包裝有限元模型見圖3。
圖1 整機有限元模型
圖2 整機有限元模型局部網格
圖3 頂部包裝有限元模型
2.2跌落分析工況
我們模擬空調由0.8m高度跌落，以邊角著地這一工況，見圖4。著地初速度速度3.96mm/ms，后續我們還進行了其他工況仿真分析。
圖4 工況一
3 有限元分析結果
根據有限元分析結果，空調底座底角有較大變形，并且應變值71.6%，相比較材料不發生破壞的極限應變值，此處已經破壞。通過有限元模型的過程文件很容易找到問題點：包裝設計的初始厚度和形狀。
圖5 局部應力分布圖
針對有限元分析的結果反映出來的問題，利用HyperMesh快速地對包裝進行了多次的厚度和形狀優化，最終得到了圖6所示的應力結果圖（新的包裝方案透明網格顯示）。
圖6 局部應力分布圖
從圖示結果可見底座底角最大應變值由71.6%降為6.1%，沒有跌落破壞的風險。換言之，通過在設計的初始階段對包裝的形狀改變，完全達到了設計要求，也極大地壓縮了開發周期，后續的臺架試驗也驗證了CAE改進方案可行性。
4 結論
過去過度依賴經驗的設計模式被證明越來越力不從心，無論從設計可靠性還是整個設計周期考慮，有限元分析正越來越多的承擔著原來的設計審核和實驗驗證角色，大量的功能完善的商業有限元分析軟件在這種角色轉換中發揮著重要作用。本文通過對空調包裝設計和驗證時，RADIOSS求解器和前處理模塊HyperMesh的引入，極大地提高了包裝設計的效率，節省了大量實際臺架試驗時間和費用，很好保證了項目進度，RADIOSS也再一次被證明了，其在龐大的家用電器領域包裝運輸方面應用的可行性和很高的可信度。
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本文標題：RADIOSS在空調包裝跌落分析中的應用
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