基于虚拟样机技术的变频空调器配管动力学特性仿真分析及优化技术研究

摘要

配管作为变频空调器室外机最主要的结构之一，其疲劳可靠性直接关系到空调器的正常运行。但是不同于定频空调器压缩机单一运行频率的特点，变频空调器压缩机运行频率点较多。相对于定频空调器配管的结构设计来讲，变频空调器配管的结构设计更为复杂，因为需要考虑到众多频率点对其配管结构动力学特性的影响。由于空调器配管为空间结构，其结构设计没有统一的设计标准，并且目前在变频空调器配管的结构可靠性评价方法上还不是很完善，导致工程师在进行配管结构设计时无法对自己所设计的不同配管结构方案的动力学特性进行判定，从而无法选择出最优的配管走管方案。所以目前在变频空调器配管结构设计中往往采用增长管路的方法来进行减振，但是，盲目增长管路并不能很好地改善管路的动力学特性反而增加了产品的成本。
　　 本文通过对压缩机载荷特点进行分析，获得压缩机的主要振动形式，提出了一种通过压缩机单体测试结果反求压缩机载荷激励的方法。并在ANSYS软件中建立某型号变频空调器压缩机一配管系统虚拟样机模型，通过对其进行动力学仿真分析，获得变频空调器配管结构的动力学特性。结合定频空调器中常用的评价方法、变频空调器的频率特点和配管材料的疲劳特性，给出了一种用于适用于变频空调器配管疲劳可靠性评价的方法。利用APDL语言编写出配管结构U型弯位直线段方案设计优化、优化设计优化和配重选型优化的代码，可供ANSYS软件直接调用。工程师可单独采用或结合使用三种方法来进行管路优化设计方法，有效提高了管路优化的效率。
　　 基于VC++软件平台及界面美化技术，开发出变频空调器配管动力学分析及优化软件平台，将配管系统建模、分析及优化等APDL参数化模板封装起来供软件后台调用。平台充分利用了ANSYS强大的分析功能，又去除了ANSYS繁琐的操作步骤，可以大大缩短新款机型的研发周期和成本，提高研发效率。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 研究现状

1．3 本课题研究工作及内容

第二章 变频空调器配管系统的虚拟样机建模及分析

2．1 虚拟样机技术概述

2．2 ANSYS软件介绍

2．2．1 ANSYS功能简介

2．2．2 ANSYS二次开发技术简介

2．3 变频空调器压缩机载荷特点分析

2．3．1 压缩机结构特点及工作原理

2．3．2 压缩机载荷识别方法

2．4 变频空调器配管系统的虚拟样机建模

2．4．1 压缩机配管系统结构参数化分析

2．4．2 建立虚拟样机模型

2．4．3 材料参数

2．4．4 网格划分

2．4．5 边界条件

2．5 虚拟样机模型的动力学特性分析

2．5．1 模态分析

2．5．2 谐响应分析

2．6 本章小结

第三章 变频空调器配管可靠性评价方法研究

3．1 结构可靠性概述

3．2 疲劳可靠性概述

3．3 疲劳分析理论

3．4 配管振动可靠性评价方法

3．4．1 变频空调器工作模式

3．4．2 变频压缩机工作频率分类

3．4．3 变频配管结构满足预期寿命的许用应力

3．4．4 变频配管疲劳可靠性评价指数计算

3．5 配管疲劳寿命计算方法

3．5．1 配管材料的S-N曲线

3．5．2 利用Miner法则计算配管疲劳寿命

3．6 本章小结

第四章 变频空调器配管系统结构优化技术研究

4．1 基于可靠性的结构动力学优化

4．1．1 结构动力学优化

4．1．2 可靠性优化

4．2 配管动力学优化流程

4．3 配管优化方法

4．4 配重选型优化

4．5 U型弯位直线段优化

4．5．1 U型弯位直线段方案设计优化

4．5．2 基于ANSYS优化工具的U型弯位直线段优化

4．6 本章小结

第五章 变频空调器配管动力学分析及优化软件的实现

5．1 软件开发流程

5．2 VC++调用ANSYS技术

5．3 软件实现及功能简介

5．3．1 软件实现

5．3．2 软件功能简介

5．4 计算实例

5．5 物理样机测试对比分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间参与的研究项目

硕士期间发表的论文