一种空调室外机包装跌落仿真方法与流程

本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种空调室外机包装跌落仿真方法。

背景技术

空调器运输始终是人们需要面对的重要环节，无论是空调器从生产厂家运输到销售地点，还是从销售地点运输到消费者手中，都需要对空调器进行包装，然而对空调器的包装需要进行跌落测试来改进包装，确保其能够全面保护空调器。传统的方法是采用实机实验的手段对空调器进行包装跌落测试，根据试验结果重新设计产品本身或者包装结构的薄弱部位，上述方法设计周期长，在当前激烈的市场竞争环境中，不利于对空调器的包装进行快速的改进并投入生产使用，而且试验受人为主观因素的干扰，得到的结果一致性效果差，测试过程需要准备大量的物理样机，成本高，实验结果也往往不够精细，很难获得关键部位的性能参数，需要对目前的空调器包装跌落测试方法进行改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种空调室外机包装跌落仿真方法，以计算机辅助工程为基础，利用有限元仿真技术，真实地再现物理世界的跌落碰撞行为，可以在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品，利用计算机模拟代替物理实验，能大大减少物理样机的制作，减少研发成本，有效缩短产品研发周期，加快产品上市进度，从而提高企业产品竞争力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调室外机包装跌落仿真方法，包括如下步骤：

建立空调器室外机整机三维模型，对所述空调器室外机整机三维模型进行几何清理；

对所述几何清理后的三维模型进行如下设置：材料参数设定、单元属性选取、网格划分、零部件连接、载荷与初始条件设定和仿真求解控制参数设定，得到空调室外机整机有限元模型；

将有限元模型进行求解计算，得出能量值与加速度值，报错则重新对几何清理后的三维模型进行设置并重新计算；

依据得出的能量值与加速度值，得到所述空调室外机整机的能量变化曲线与所述空调室外机整机加速度大小曲线；

当断定能量守恒以及沙漏能占内能的比例小于5％时，断定仿真结果为准确，并根据加速度值计算得到跌落脆值，否则重新对几何清理后的三维模型进行设置，重新计算并判断仿真结果是否准确，直至得到准确的仿真结果。

进一步的，对空调器室外机整机的三维模型进行几何清理，包括：在所述三维模型中去除：小于1mm的工艺孔、小于2mm的倒角、小于2mm的圆角。

进一步的，对所述三维模型进行材料参数设定时，所述三维模型中泡沫材料采用高度可压缩低密度本构模型，橡胶材料采用穆尼里夫林本构模型，钣金件采用多线性弹塑性本构模型。

进一步的，对所述三维模型进行单元属性的选取时，钣金件采用贝里奇科特塞积分公式，包装泡沫与压缩机减震橡胶采用单点积分公式。

进一步的，对所述三维模型进行网格划分时，钣金件采用四节点四边形壳单元离散，并包含少量三角形单元，钣金件的单元尺寸设定为4mm；包装泡沫与压缩机减震橡胶采用四节点四面体单元离散，其中包装泡沫的单元尺寸设定为8mm，减震橡胶的单元尺寸设定为2mm；其余零部件采用八节点六面体单元离散。

进一步的，对所述三维模型进行零部件连接时，采用beam单元对室外机中的螺栓连接进行模拟，将室外机中的卡扣连接部分设置成自动单面接触算法进行模拟。

进一步的，对所述三维模型进行载荷和初始条件的设置时，载荷设置为重力加速度，重力加速度以惯性力的方式施加到模型上，并将载荷方向与真实的重力加速度方向设置为相反；初始条件设置为室外机和地面发生碰撞时刻的速度值。

进一步的，对所述三维模型进行仿真求解控制参数的设定时，钣金件的沙漏控制采用ih＝8，沙漏系数设定为0.05；包装泡沫与压缩机减震橡胶的沙漏控制采用ih＝6，沙漏系数设定为1。

进一步的，对所述三维模型进行仿真求解控制参数的设定时，求解能量值与加速度值的计算时间设定为1.2e-7s。

进一步的，判断仿真结果为准确后，依据公式g＝a/g计算求出产品的跌落脆值，式中g为跌落脆值，a为平均加速度，g为重力加速度。

相对于现有技术，本发明所述的一种空调室外机包装跌落仿真方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种空调室外机包装跌落仿真方法，基于计算机辅助工程(cae)很好地解决了上述问题，它利用有限元仿真技术，真实地再现物理世界的跌落碰撞行为，可以在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品，代替物理实验，能大大减少物理样机的制作，减少研发成本，有效缩短产品研发周期，加快产品上市进度，从而提高企业产品竞争力。

(2)本发明所述的一种空调室外机包装跌落仿真方法，在产品设计过程中利用跌落仿真技术，只需建立一个有限元模型，就能充分地与cad模型相结合并对不同工况进行分析。在产品试制前就能发现潜在的问题，精确地预测产品的性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的空调室外机包装跌落仿真方法流程图；

图2为本发明实施例所述的几何清理后的三维模型图；

图3为本发明实施例所述的网格划分后的三维模型图；

图4为本发明实施例所述的空调室外机整机的能量变化曲线图；

图5为本发明实施例所述的空调室外机整机加速度大小曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种空调室外机包装跌落仿真方法，基于计算机辅助工程(cae)，利用有限元仿真技术，真实得再现物理世界的跌落碰撞行为，具体实施步骤为：

s1、对空调器室外机整机的三维模型进行几何清理。

采用cad中的creo软件对空调器室外机整机的三维模型进行几何清理，三维模型中的去除掉部分包括小工艺孔、小倒角、小圆角以及其他对仿真结果影响不大的细小特征，主要包括所有小于2mm的倒角和圆角，所有尺寸小于1mm的工艺孔，以及其他关键部位对仿真结果影响不大的细节特征。几何清理后的空调器室外机三维模型图如图2所示。

s2、将几何清理后的空调器室外机整机三维模型转换成前处理软件hypermesh可识别的xt格式文件，并导入hypermesh前处理软件中转换成xt格式文件的三维模型图，并进行如下设置：材料参数设定、单元属性的选取、网格划分、零部件连接、载荷和初始条件的设置、仿真求解控制参数的设定，从而得到空调室外机整机的有限元模型。

在前处理软件hypermesh中选取合适的材料本构模型，对于空调器室外机整机三维模型中的泡沫材料采用高度可压缩低密度(low_density_foam)本构模型；对于空调器室外机整机三维模型中的橡胶材料采用穆尼里夫林(mooney_rivlin)本构模型；对于空调器室外机整机三维模型中的钣金件均采用多线性弹塑性(piecewise_linear_plasticity)本构模型。

对三维模型图进行单元属性的选取，其中对于空调器室外机整机三维模型中的钣金件采用16号贝里奇科特塞(belytschko-tsay)积分公式，包装泡沫与压缩机减震橡胶采用10号单点积分公式。

在hypermesh软件中对三维几何模型进行网格划分，网格划分后的三维模型如图3所示，其中三维模型中的钣金件采用四节点四边形壳单元离散，并包含少量三角形单元，钣金件的单元尺寸设定为4mm；包装泡沫与压缩机减震橡胶采用四节点四面体单元离散，其中包装泡沫的单元尺寸设定为8mm，减震橡胶的单元尺寸设定为2mm；其余零部件采用八节点六面体单元离散。压缩机课题的单元尺寸设定为4mm，如果网格尺寸过大，则有限元模型和三维模型的偏差过大，不能够保证后面求解的精确度，如果网格尺寸过小，求解的精度虽然会提高，但是求解过程会消耗更长的时间，因此本实施例所设定的网格尺寸基于多次试验，既能够保证求解的精确度，又能使求解过程所消耗的时间在可接受的范围内。

网格划分完成后，对三维模型中的各零部件进行连接；室外机中的大多数零部件之间为螺栓连接，在hypermesh软件中采用beam单元进行模拟，不考虑螺栓失效问题；对于室外机中的卡扣连接部分，在hypermesh软件中设置自动单面接触算法进行模拟。

三维模型中的各零部件连接后，设置模型的载荷和初始条件，其中载荷设置为重力加速度，重力加速度以惯性力的方式施加到模型上，并将方向与真实的重力加速度方向设置为相反；初始条件设置为室外机和地面发生碰撞时刻的速度值，通过自由落体理论将跌落高度转换为碰撞时刻的速度大小，并使之作为初始条件输入到hypermesh软件之中。

仿真求解控制参数的设定过程中，钣金件的沙漏控制采用ih＝8，沙漏系数设定为0.05，之前钣金件采用贝里奇科特塞(belytschko-tsay)积分公式使得计算速度快，并配合沙漏控制ih＝8和沙漏系数为0.05可以处理壳单元的翘曲问题；包装泡沫与压缩机减震橡胶的沙漏控制采用ih＝6，沙漏系数设定为1，泡沫和橡胶均属于软材料，计算过程中很容易出现负体积错误，因此本步骤采用10号单点积分公式，并配合沙漏控制ih＝6和沙漏系数1.0可以有效避免产生负体积错误。

仿真求解控制参数的设定过程中，将对能量值和加速度值的计算时间步长设定为1.2e-7s，对能量值和加速度值的计算时间设定为0.05s，如果不对时间及时间步长进行设定，由于网格较多，计算时间较长，严重影响计算效率，本实施例设置合适的计算时间，提高计算效率。

s3、设置完成后，将有限元模型转换为radioss显示动力学求解器所需要的rad二进制文件，即bdf文件，并提交radioss显示动力学求解器进行求解计算，求解得出能量值与加速度值；如果求解过程中出现错误提示，应根据错误提示，重新返回步骤s2中进行重新设置，进行相应的调试，直至求解顺利的完成。

s4、根据有限元模型，计算得出能量值与加速度值，并将计算完成的结果文件导入到hyperview后处理软件中，利用hyperview后处理软件对计算结果进行后处理，得到空调室外机整机的能量变化曲线与空调室外机整机加速度大小曲线，如图4所示，能量变化曲线包括不同时间下的总能量、动能、内能和沙漏能，如图5所示，加速度曲线包括不同时间下的加速度值。

s5、依据能量变化曲线对仿真结果进行判断，当总能量守恒并同时沙漏能占内能的比例小于5％时，仿真结果判断为准确，继续输出室外机整机的加速度曲线，并根据整机加速度曲线，依据公式g＝a/g计算求出产品的跌落脆值，即空调室外机发生跌落的脆值，式中g为跌落脆值，a为平均加速度，g为重力加速度，仿真过程结束。再根据标准，判断产品是否发生损坏；若沙漏能占内能的比例大于等于5％，即仿真结果不准确，则重新返回步骤s2中进行重新设置，进行相应的调试，重新进行求解计算至得到准确的仿真结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。