1 概述

    隨著人們個性化消費需求的與日激增、業(yè)界激烈的價格競爭以及信息通訊技術的發(fā)展給電子行業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。如何在產(chǎn)品設計階段對產(chǎn)品性能進行評估，從而保證最終產(chǎn)品滿足性能指標是非常值得研究的問題。因此國內(nèi)外大型電子企業(yè)都在產(chǎn)品設計流程中引入設計優(yōu)化技術，以縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、節(jié)約成本，搶占先機。利用AltairOptiStruct優(yōu)化技術對空調(diào)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化的設計，可以大幅提高產(chǎn)品的可靠性，達到行業(yè)的技術領先。

    機械結(jié)構(gòu)的應力、應變計算與分析是機械產(chǎn)品設計的重要一環(huán)，它直接關系到最終產(chǎn)品設計的成功與否，及品質(zhì)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(shù)的實際問題難以得到封閉式的數(shù)學解，不得不對結(jié)構(gòu)及其受力與約束狀態(tài)做很大的簡化，其計算結(jié)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(jié)構(gòu)的強度與剛度時，為了可靠起見，常常選擇過大的安全系數(shù)，造成所設計的機械結(jié)構(gòu)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(xiàn)某些薄弱環(huán)節(jié)或局部的強度、剛度不足。

    空調(diào)室外機底盤是通用結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)底盤支撐壓縮機的區(qū)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(xiàn)壓縮機固定螺栓脫出的現(xiàn)象。

    由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)剛度，僅靠以往設計經(jīng)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(jié)構(gòu)剛度，但成本較高，開發(fā)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(yōu)化設計模塊，很好的解決這個問題。

2 空調(diào)室外機底盤設計優(yōu)化流程圖

圖1 空調(diào)室外機底盤設計優(yōu)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(diào)室外機

圖3 空調(diào)室外機（帶包裝）

4 跌落分析底盤變形結(jié)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(jié)構(gòu)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(yōu)化模型以及邊界條件

5.1網(wǎng)格劃分

    薄板類的鈑金件采用殼單元，節(jié)點數(shù)和單元數(shù)見表1。

表1 底盤組的節(jié)點數(shù)和單元數(shù)

5.2材料與屬性

    計算中所使用的材料參數(shù)如下：

    合金鋼的材料參數(shù)：

    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(jù)底盤組在跌落過程中的受力情況簡化之后的優(yōu)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(yōu)化設計參數(shù)如下：

    設計變量：形貌優(yōu)化Design區(qū)域

    設計響應：底盤組的柔度

    目標函數(shù)：底盤組的柔度最小

6 形貌優(yōu)化結(jié)果

圖6 底盤組可設計區(qū)域形貌優(yōu)化結(jié)果

圖7 根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對底盤重新起筋

7 優(yōu)化前后方案結(jié)果對比

圖8 最大位移20mm(優(yōu)化前)

圖9 最大位移12mm(優(yōu)化后)

    通過Altair OptiStruct優(yōu)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(jié)點位移云圖。

8 分析與結(jié)論

表2 原方案和優(yōu)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(yōu)化技術對空調(diào)底盤組進行優(yōu)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(jié)構(gòu)剛度。

    因此可以得出結(jié)論：在底盤組其它約束條件不變的情況下，其結(jié)構(gòu)剛度達到了最優(yōu)值。

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本文標題：OptiStruct優(yōu)化技術在空調(diào)器底盤設計上的應用

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