基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法

摘要

本发明公开了一种基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法，该方法包括：获取空调器的管路三维模型；对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值；判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内；若是，则修改管路三维模型中的设计参数，并对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。本发明能够避免成本增加问题，缩短项目周期。

说明书

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法。

背景技术

空调器配管断裂问题一直是困扰空调器制造企业品质部门的一个大问题，一旦配管产生裂缝或断裂，冷媒泄露，空调器将无法正常工作。导致管路出现裂纹或断裂的主要原因有：压缩机在启停时，会猛烈晃动，对管路系统产生一个较大的瞬态冲击应力，导致管路启停瞬间承受较大的应力。

目前，解决压缩机在启停时应力过大，进而导致管路出现裂纹或断裂的方法一般是通过大幅增加管路直线段长度来提高柔性，这种方式会导致增加成本；通过重新设计管路走向并将设计的产品制造出来，再对制造出来的产品进行应力测试，直到测试的应力峰值小于第一预设压力值，这种方式会导致增加成本，项目周期也会加长。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法，旨在减少空调器的成本，缩短空调器的项目周期。

为实现上述目的，本发明提供一种基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法，所述方法包括如下步骤：

获取空调器的管路三维模型；

对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值；

判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内；

若是，则修改管路三维模型中的设计参数，并对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

可选地，所述对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值的步骤包括：

采用壳单元网格，并将壳单元网格中的单元网格的边长设置为第一预设长度；

取管路三维模型中管路与储液罐连接位置以上的第二预设长度的区域；

在所述区域设置强迫位移，并在管路三维模型中三通阀与阀板连接处设置预设自由度固定约束，所述强迫位移的大小位于第一预设范围之内；

对设置自由度固定约束后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处。

可选地，所述强迫位移的水平方向与空调器的底盘平行，垂直于压缩机排气口与回气口的连线。

可选地，所述判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内的步骤之后还包括：

若获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值大小不在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内，则增加或者减小所述强迫位移距离；

对强迫位移距离改变后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，直到获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。

可选地，所述修改管路三维模型中的设计参数的步骤包括：

修改管路三维模型中的设计参数，所述设计参数包括管路的走向、弯位半径、壁厚和竖直长度中至少一种；

可选地，所述对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值的步骤包括：

对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析；

计算仿真分析后的管路三维模型压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处，得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

可选地，所述对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值之后的步骤还包括：

将弯位处的应力峰值小于第一预设压力值时的管路三维模型的结构数据导出，所述结构数据包括管路三维模型和管路三维模型的参数。

可选地，所述应力峰值为压缩机启停瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击应力曲线中的最大值。

可选地，所述判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内的步骤之前包括：

采用应力测试设备测试压缩机在启停时对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值；

观察压缩机在启动和停止运行瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击方向；

记录大于第二预设压力值的应力峰值，观察并记录压缩机在启动和停止运行瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击方向；

在记录预设组数数据时，挑选记录中应力峰值最大的一组作为实际测试得到的最大应力峰值。

本发明通过获取空调器的管路三维模型；对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值；判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内；若是，则修改管路三维模型中的设计参数，并对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。通过上述方式，本发明中通过获取空调器的管路三维模型，对获取的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，通过改变仿真后的管路三维模型的设计参数，并对修改后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到小于第一预设压力值的管路弯位处的应力峰值。从而获得管路设计方案。不用通过重新设计并将设计的产品制造出来，再对制造出来的产品进行测试应力峰值，直到测试的应力峰值小于第一预设压力值。能够降低成本，并缩短空调器的项目周期。

附图说明

图1为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例中空调器管路的模型示意图；

图3为本发明实施例中对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值的细化流程示意图；

图4为本发明实施例中判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内的步骤之后的流程示意图；

图5为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第二实施例的流程示意图；

图6为本发明实施例中对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值的流程示意图；

图7为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法。

参照图1和图2，图1为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第一实施例的流程示意图；图2为本发明实施例中空调器管路的模型示意图。

在本实施例中，所述方法包括如下步骤：

步骤S100，获取空调器的管路三维模型。

在本实施例中，获取空调器的管路三维模型，所述获取空调器的管路三维模型可以是用户自己利用三维建模软件建立的空调器管路三维模型，在保存后导出，再导入到计算机辅助工程软件中；也可以是其他人通过三维建模软件建立的空调器管路三维模型。

步骤S200，对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值。

具体地，首先使用壳单元网格，并将壳单元网格中的单元网格的边长设置为第一预设长度，所述第一预设长度可以为1毫米，具体实施中还可以为1.1毫米、2毫米等值。

取管路三维模型中管路与储液罐连接位置以上的第二预设长度距离区域，在所述区域设置强迫位移，并在管路三维模型中三通阀与阀板连接处设置预设自由度固定约束，所述强迫位移的大小位于第一预设范围之内；

所述强迫位移为强迫把某节点向特定方向移动并固定，设置强迫位置的作用是为了计算机辅助工程静力学响应能够反向仿真模拟出应力的大小，其中计算机辅助工程静力学响应是指工程设计中的计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)；所述第二预设长度可以为10毫米，具体实施中还可以为11毫米、12毫米等值；所述第一预设范围可以为30毫米至80毫米，具体实施中还可以为20毫米至70毫米等范围；所述预设自由度固定约束为六自由度固定约束，具体实施中还可以为五自由度固定约束等自由度固定约束。

对设置自由度固定约束后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处。

步骤S300，判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。

将获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值与在实际测试得到的最大应力峰值进行对比计算，通过对比计算判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。

步骤S400，若是，则修改管路三维模型中的设计参数，并对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

具体地，所述设计参数包括管路的走向、弯位半径、壁厚和竖直长度。在具体实施过程中，可以改变管路走向，增加弯位半径，增加壁厚，增加管路竖直长度。增加的弯位半径可以为5°，如原来的弯位半径为60°，则增加后的弯位半径为65°，具体实施中还可以为其他值；增加的壁厚可以0.5毫米或1毫米，具体实施中还可以为其他值；增加的管路竖直长度可以为30-50毫米，具体实施中还可以为其他范围的值。可以单独改变所述设计参数中的任一项，也可以改变所述设计参数中的至少一项。

对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，计算仿真分析后的管路三维模型压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处，得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

在本实施例中，通过获取空调器的管路三维模型；对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值；判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内；若是，则修改管路三维模型中的设计参数，并对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。通过上述方式，本实施例中通过获取空调器的管路三维模型，对获取的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，通过改变仿真后的管路三维模型的设计参数，并对修改后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到小于第一预设压力值的管路弯位处的应力峰值。从而获得管路设计方案。不用通过重新设计并将设计的产品制造出来，再对制造出来的产品进行测试应力峰值，直到测试的应力峰值小于第一预设压力值。能够降低成本，并缩短空调器的项目周期。

进一步地，参照图3，图3为本发明实施例中对管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值的细化流程示意图。

基于本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第一实施例，步骤S200可以包括：

S210，采用壳单元网格，并将壳单元网格中的单元网格的边长设置为第一预设长度；

S220，取管路三维模型中管路与储液罐连接位置以上的第二预设长度的区域；

S230，在所述区域设置强迫位移，并在管路三维模型中三通阀与阀板连接处设置预设自由度固定约束，所述强迫位移的大小位于第一预设范围之内；

S240，对设置自由度固定约束后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处。

具体地，采用使用壳单元网格，并将壳单元网格中的单元网格的边长设置为第一预设长度，所述第一预设长度可以为1毫米，具体实施中还可以为1.1毫米、2毫米等值。

取管路三维模型中管路与储液罐连接位置以上的第二预设长度距离区域，在所述区域设置第一预设范围之内的强迫位移，并在管路三维模型中三通阀与阀板连接处设置预设自由度固定约束；

所述强迫位移为强迫把某节点向特定方向移动并固定，获得管路承受的应力，所述第二预设长度可以为10毫米，具体实施中还可以为11毫米、12毫米等值；所述第一预设范围可以为30毫米至80毫米，具体实施中还可以为20毫米至70毫米等范围；所述预设自由度固定约束为六自由度固定约束，具体实施中还可以为五自由度固定约束等自由度固定约束。

对设置自由度固定约束后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处。

在本实施例中，通过采用壳单元网格，并将壳单元网格中的单元网格的边长设置为第一预设长度；取管路三维模型中管路与储液罐连接位置以上的第二预设长度的区域；，在所述区域设置强迫位移，并在管路三维模型中三通阀与阀板连接处设置预设自由度固定约束，所述强迫位移的大小位于第一预设范围之内；对设置自由度固定约束后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处。通过上述方式，得到接近管路实际受力情况的管路三维模型。

进一步地，参照图4，图4为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第二实施例的流程示意图。

基于本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第一实施例，步骤S300之后的步骤可以包括：

S310，若获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值大小不在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内，则增加或者减小所述强迫位移距离；

S320，对强迫位移距离改变后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，直到获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。

在本实施例中，将获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值与在实际测试得到的最大应力峰值进行对比计算，通过对比计算判断获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值是否在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。若否，则将强迫位移距离增加或者减少，对强迫位移距离改变后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，直到获得压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值在实际测试得到的最大应力峰值的预设范围内。

进一步地，参照图5，图5为本发明实施例中对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到对应压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值的流程示意图。

基于本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第一实施例，步骤S400可以包括：

S410，对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析；

S420，计算仿真分析后的管路三维模型压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处，得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

在本实施例中，每修改一次参数，则对修改后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，并计算计算机辅助工程静力学响应仿真分析后的管路三维模型中的管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处，得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值；

若得到的得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值没有小于第一预设压力值，则返回修改管路三维模型中的设计参数步骤，对管路三维模型中的设计参数进行修改，重新执行计算机辅助工程静力学响应仿真分析和计算计算机辅助工程静力学响应仿真分析后的管路三维模型中的管路弯位处的应力峰值步骤，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。

在本实施中，通过对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析；计算仿真分析后的管路三维模型压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值，所述管路弯位处为管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处，得到对应的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，直到所述应力峰值小于第一预设压力值。通过上述方式，通过计算机辅助工程静力学响应仿真不同设计参数情况下管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处受力情况，得到对应管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，用户可以了解不同参数对压缩机启停时管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力变化情况，通过改变设计参数得到小于第一预设压力值的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处应力峰值，从而得到管路设计方案，不需要重新设计并将产品制造出来，再进行测试，降低了成本，缩短了项目周期。

进一步地，参照图6，图6为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第三实施例的流程示意图。

基于本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法第一实施例，所述方法还包括：

S500，将弯位处的应力峰值小于第一预设压力值时的管路三维模型的结构数据导出，所述结构数据包括管路三维模型和管路三维模型的参数。

在本实施例中，当通过对修改设计参数后的管路三维模型进行计算机辅助工程静力学响应仿真分析，得到压缩机启停瞬间对管路弯位处的应力峰值小于第一预设压力值时，将此时的管路三维模型的结构数据导出，所述结构数据包括管路三维模型和管路三维模型的参数。

进一步地，参照图7，图7为本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法的第三实施例的流程示意图。

基于本发明基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法第一实施例，在所述步骤S300之前，还可以包括：

S600，采用应力测试设备测试压缩机在启停时对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值；

S700，观察压缩机在启动和停止运行瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击方向；

S800，记录大于第二预设压力值的应力峰值，并观察并记录压缩机在启动和停止运行瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击方向；

S900，在记录预设组数数据时，挑选记录中应力峰值最大的一组作为实际测试得到的最大应力峰值。

具体地，应力测试设备在标准工况下测试压缩机在启停时对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值，首先将空调开机第一预设时间，使系统达到稳定，然后将空调关机，再开关机，观察压缩机在启动和停止运行瞬间对管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的冲击方向，若此时的管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值大于第二预设压力峰值，则记录所述管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值，再每隔第二预设时间，开关机，记录管路中距离储液罐连接位置最近的弯位处的应力峰值，共记录预设组数；挑选记录中应力峰值最大的一组作为实际测试得到的最大应力峰值。

所述第一预设时间为30分钟，具体实施中还可以为29分钟、31分钟等时间。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。