1 概述
隨著人們個性化消費需求的與日激增、業界激烈的價格競爭以及信息通訊技術的發展給電子行業帶來了新的機遇和挑戰。如何在產品設計階段對產品性能進行評估,從而保證最終產品滿足性能指標是非常值得研究的問題。因此國內外大型電子企業都在產品設計流程中引入設計優化技術,以縮短產品研發周期、節約成本,搶占先機。利用AltairOptiStruct優化技術對空調結構進行優化的設計,可以大幅提高產品的可靠性,達到行業的技術領先。
機械結構的應力、應變計算與分析是機械產品設計的重要一環,它直接關系到最終產品設計的成功與否,及品質的好壞和成本的高低。以往應用材料力學和彈性力學的方法計算,由于幾何形狀和載荷的復雜性,使得大多數的實際問題難以得到封閉式的數學解,不得不對結構及其受力與約束狀態做很大的簡化,其計算結果往往與實際情況相差很遠,甚至失去了分析計算的意義。在驗算機械結構的強度與剛度時,為了可靠起見,常常選擇過大的安全系數,造成所設計的機械結構尺寸和重量偏大;另一方面,由于計算分析的粗略性,也可能出現某些薄弱環節或局部的強度、剛度不足。
空調室外機底盤是通用結構部件,對于個別比較重的定速壓縮機(大于19kg)時,在使用Altair RADIOSS對整機模型進行跌落運算分析時,發現底盤支撐壓縮機的區域由于壓型設計過于簡單而剛度較小,導致其在角跌落過程中局部變形大,并出現壓縮機固定螺栓脫出的現象。
由于結構設計空間以及其它條件的限制,在設計底盤壓型時,采用什么壓型結構是一個十分關鍵的問題。如何設計底盤的壓型盡可能的提高其結構剛度,僅靠以往設計經驗是不夠的;通過制作樣件進行多次實驗的方法,在一定程度上可以提高其結構剛度,但成本較高,開發周期較長,且不能提出最佳的設計方案。通過使用Altair OptiStruct設計優化設計模塊,很好的解決這個問題。
2 空調室外機底盤設計優化流程圖
圖1 空調室外機底盤設計優化流程圖
3 跌落分析有限元模型的建立
由于要使用Altair RADIOSS對整機進行跌落分析,所以首先需要建立整個室外機的有限元模型。
圖2 空調室外機
圖3 空調室外機(帶包裝)
4 跌落分析底盤變形結果分析
圖4 角跌落過程中底盤變形
底盤支撐壓縮機的部分鈑金件的壓型相對簡單,結構強度較弱,在跌落過程中變形大,螺栓與底盤在點焊位置脫離開。
5 底盤拓撲優化模型以及邊界條件
5.1網格劃分
薄板類的鈑金件采用殼單元,節點數和單元數見表1。
表1 底盤組的節點數和單元數
5.2材料與屬性
計算中所使用的材料參數如下:
合金鋼的材料參數:
彈性模量:210GPa
材料密度:7.9e3kg/m3
泊松比:0.3
長度單位為:mm
5.3受力和約束圖
圖5 根據底盤組在跌落過程中的受力情況簡化之后的優化模型
如圖5,螺栓1受力:-260N;螺栓2受力:330N;螺栓3受力:250N。
優化設計參數如下:
設計變量:形貌優化Design區域
設計響應:底盤組的柔度
目標函數:底盤組的柔度最小
6 形貌優化結果
圖6 底盤組可設計區域形貌優化結果
圖7 根據優化結果對底盤重新起筋
7 優化前后方案結果對比
圖8 最大位移20mm(優化前)
圖9 最大位移12mm(優化后)
通過Altair OptiStruct優化后的底盤組與之前的方案分別施加相同的邊界條件,得到如上圖8、圖9所示各節點位移云圖。
8 分析與結論
表2 原方案和優化后方案比較
由圖8、9可得到在相同邊界條件下,底盤組的最大位移由20mm,減小到12mm,其剛度提高了約40%。
通過使用Altair OptiStruct形貌優化技術對空調底盤組進行優化設計,在底盤組成本(底盤厚度為0.8mm)不改變的前提下,通過改變其形貌,即可以大大提高其結構剛度。
因此可以得出結論:在底盤組其它約束條件不變的情況下,其結構剛度達到了最優值。
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本文標題:OptiStruct優化技術在空調器底盤設計上的應用
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