CN108318356B - 空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，采用全新的测试方法直接测试空调配管成品的疲劳寿命曲线，考虑了空调管路实际形状、尺寸、表面状态、内部压力、工作环境和工作载荷等因素对铜管寿命的影响，即将空调配管成品放置在专门的试验台上，给定工况及载荷，测试指定应力下产品发生裂漏时的循环次数，并绘制开裂时应力与循环次数的关系曲线——成品级疲劳寿命S‑N曲线。本发明所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法比原来材料级的疲劳寿命S‑N曲线更加精准，并且利用本发明测试得到的劳寿命曲线来设计计算和评估空调产品预期使用寿命，结果更加可靠。

Description

空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法。

背景技术

在空调器设计领域，如何设计空调配管、计算疲劳寿命、提高可靠性、防止断管一直是行业的痛点问题。为了模拟空调器在实际使用环境下的寿命，通常采用疲劳寿命试验对空调器配管进行测试，得到疲劳寿命S-N曲线。现有材料级疲劳寿命曲线测试方法为：截取小段铜管制成标准试样，在疲劳寿命机上反复加载试验，得出各种给定受力下的疲劳循环次数，并绘制应力与循环次数的关系曲线——材料级疲劳寿命S-N曲线。但现有的配管疲劳寿命计算方法均以铜管管材的疲劳寿命曲线S-N曲线(原材料级)加上管路实测应力为基础进行计算。该方法主要缺点包括：1、疲劳寿命S-N曲线是材料级的，即该曲线由铜管标准试样在疲劳试验机上试验获得的，未考虑真实空调管路的实际形状、尺寸、表面状态、工作环境和工作载荷等因素影响；2、以该材料级S-N曲线为基础设计计算合格的空调配管，在市场上经常出现批量管路断裂投诉。说明用材料级疲劳寿命曲线来计算评估空调配管的使用寿命风险高。

因此，如何获得空调管路产品级疲劳寿命曲线替代现有的材料级疲劳寿命曲线，就成为疲劳寿命设计计算的关键，也是本发明要解决的难点和痛点问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，以获得测试的空调成品级疲劳寿命S-N曲线，试验结果更加准确、可靠。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，包括：

步骤S1，在装配好的成品空调外机管路上布置应变片，并将其固定在振动台上，调节振动台所处的密封测试环境的温度达到预定值，开启冷媒报警系统，输入预定最大管路应力，振动台以频率为fHz的频率开始测试，施加预定档位正弦激励；

步骤S2，检测系统测试管路真实最大应力，判断系统测试管路真实最大应力是否在根据预定最大管路应力设置的第一阈值范围之内，若满足该第一阈值范围则转至步骤S3；若不满足则自动增加或降低正弦激励的粗调档位，重复步骤S2；

步骤S3，系统锁定激励，计时器自动开启进行计时，直到空调管路发生裂漏，冷媒报警系统报警并自动停止测试，记录振动台振动时间为t_s1秒；此时，管路在应力σ_s1作用下的发生裂漏所经历的应力循环次数为N₁＝t_s1*f；

步骤S4，更换第n套布置好应变片的空调，重复步骤S1至S3，设定预定最大管路应力σ_nmax，测出σ_nmax应力下管路裂漏时的振动时间t_sn秒；并计算出应力循环次数N_n＝t_sn*f，令n＝n+1，重复步骤S4，直至n＝M，所述M为6～12；

步骤S5，绘制循环次数N₁～N_M的空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线。

进一步的，所述步骤S2还包括，

若系统测试管路真实最大应力在根据预定最大管路应力设置的第一阈值范围之内，则系统自动进入激励微调档位，直至管路应力满足根据预定最大管路应力设置的第二阈值范围之内为止；其中，所述第二阈值范围为第一阈值范围的子集。

进一步的，所述第一阈值范围为预定最大管路应力的70％～130％，所述第二阈值范围为预定最大管路应力的97％～103％。

进一步的，所述预定最大管路应力的确定预定最大管路应力由纯铜理论疲劳极限应力值×加工损伤系数×焊接损伤系数等确定，所述加工损伤系数×焊接损伤系数约为0.8～0.98。

进一步的，所述步骤S2中自动增加或降低正弦激励的粗调档位包括：

若系统测试管路真实最大应力小于第一阈值范围的最低边界值，则自动增大施加的正弦激励的档位，返回步骤S2；

若系统测试管路真实最大应力大于第一阈值范围的最高边界值，则自动降低施加的正弦激励的档位，返回步骤S2。

进一步的，所述预定档位正弦激励根据输入的预定最大管路应力确定，当系统测试管路真实最大应力不满足预定阈值范围时，系统采用自动寻优算法增大或降低正弦激励的档位。

进一步的，所述频率振动台以测试频率fHz模拟空调器使用过程中实际振动频率，其范围为10～160Hz；

进一步的，所述测试环境的温度范围为-40℃至60℃，所述测试环境的湿度范围为40％～98％。

进一步的，所述步骤S1还包括：在多套相同的外机管路应力较大部位及易断部位布置纵向及横向应变片；

进一步的，所述步骤S1之前，还包括：

步骤S0，对空调外机管路系统进行动力学分析，确定应力最大部位和应力较集中部位，作为应变片安装的预定位置。

相对于现有技术，本发明所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法具有以下优势：本发明所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法充分考虑了空调管路实际形状、尺寸、表面状态、内部压力、工作环境和工作载荷等因素对铜管寿命的影响、测试的空调成品级疲劳寿命S-N曲线比原来材料级的疲劳寿命S-N曲线更加精准；并且，利用本发明测试得到的劳寿命曲线来设计计算和评估空调产品预期使用寿命，结果更加准确可靠；对设计安全系数的选取，材料性能的充分发挥有重要意义，可避免原材料级疲劳寿命曲线的安全系数过高导致材料浪费，或安全系数过低导致断管风险的缺陷。

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配管成品级疲劳寿命曲线测试装置示意图；

图2为本发明实施例所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法流程图；

图3为本发明实施例在应力σ_1max～σ_8max作用下发生疲劳破坏的循环次数N₁～N₈绘制空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线。

附图标记说明：

1-振动台激振器，2-激振器控制线，3-振动台传感器，4-监控器，5-主机，6-应力采集仪，7-冷媒报警系统，8-扬声器，9-应力应变片及采集线路，10-温湿度传感器，11-被测空调器，12-空调管路，13-方舱，14-工况机，15-方舱密封软橡胶，16-振动平台，17-地基。

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。

本发明的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，放弃了现有的通过测试材料力学特性来近似模拟成品力学特性的间接方式，采用全新的试验装置及测试方法直接测试空调配管成品的疲劳寿命曲线：即将空调配管成品放置在考虑了空调管路实际形状、尺寸、表面状态、内部压力、工作环境和工作载荷的专门空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法的试验台上，给定工况及载荷，测试指定应力下产品发生裂漏时的循环次数，并绘制开裂时应力与循环次数的关系曲线——成品级疲劳寿命S-N曲线。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，采用空调配管成品级疲劳寿命曲线测试装置，获取空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线，所述测试装置示意图如图1所示。其主要包括：振动台激振器1、激振器控制线2、振动台传感器3、监控器4、主机5、应力采集仪6、冷媒报警系统7、扬声器8、应力应变测试装置9、温湿度传感器10、方舱13、工况机14、方舱密封软橡胶15、振动平台16。

被测空调器11被固定在振动台上，所述振动台包括振动台激振器1以及用于将振动传递给空调器的振动平台16，以及对振动台的自身振动状态进行检测的振动台传感器3，所述振动台激振器1通过激振器控制线2连接到主机5，

应力应变测试装置9用于检测空调器的管路的应力应变情况，应力应变测试装置9包括贴在在空调器管路12表面上的应力应变片及采集线路。

振动台上安装有一方舱13，方舱13与容置振动台的地基17的侧围相连，振动台和方舱13之间形成振动腔室，该振动腔室为一封闭腔室。所述方舱顶部设置有温湿度传感器10，方舱13的一侧设置有工况机14，所述工况机14用于控制振动腔室内环境温湿度，所述温湿度传感器10用于在试验过程中检测环境温湿度。

冷媒报警系统7与扬声器8相连，用于检测位于振动腔室内的空调器的冷媒是否泄漏，冷媒报警系统7包括冷媒泄漏探测传感器，当冷媒泄漏探测传感器检测到振动腔室内有冷媒泄漏时，扬声器发出警报，冷媒泄漏探测传感器将信号传递给主机5，主机5接收到该信号后，通过扬声器8发出报警信号，并向振动台发送停机指令，振动台振动停止。

主机5包括主控制计算机，主控制计算机分别与振动台、冷媒报警系统7、应力应变测试装置9、扬声器8、监控器4相连。监控器4用于监测测试实时情况的应力应变变化情况。

图2为本发明实施例所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法流程图，如图2所示，所述成品级疲劳寿命S-N曲线具体测试方法如下：

步骤S0：对空调外机管路系统进行动力学分析，确定应力最大部位和应力较集中部位；

步骤S1，在空调外机管路上布置应变片，将空调器固定振动台上，调节振动台所处的密封测试环境的温度达到预定值，开启冷媒报警系统，输入预定最大管路应力，振动台以频率为fHz的频率开始测试，施加预定档位正弦激励；

步骤S2，检测系统测试管路真实最大应力，判断系统测试管路真实最大应力是否在根据预定最大管路应力设置的第一阈值范围之内，若满足该第一阈值范围则转至步骤S2’；若不满足则自动增加或降低正弦激励的粗调档位，重复步骤S2；

步骤S2’，系统自动进入激励档位微调，直至管路应力满足在预定最大管路应力的97％～103％之内为止；

步骤S3，系统锁定激励，计时器自动开启进行计时，直到空调管路发生裂漏，冷媒报警系统通过扬声器报警并自动停止，记录振动台振动时间为t_s1秒；此时，管路在应力σ_s1作用下的发生裂漏所经历的应力循环次数为N₁＝t_s1*f；

步骤S4，更换另一套布置好应变片的空调，重复步骤S1至S3，设定预定最大管路应力σ_nmax，测出σ_nmax应力下管路裂漏时的振动时间t_sn秒；并计算出应力循环次数N_n＝t_sn*f，令n＝n+1，重复步骤S4，直至n＝M，所述M的范围优选为6～12；

步骤S5，绘制循环次数N₁～N_M的空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线。

以下实施例以8次重复试验为例对该方法进行说明：

对空调外机管路系统进行动力学分析，确定应力最大部位和应力较集中部位；准备8套相同外机；将第一套空调外机装好放置在振动平台16上，同时将应力应变片通过应力采集排线9连接到应力采集前端6上；然后用绳带将外机固定好。

在外机管路应力较大部位及易断部位布置纵向及横向应变片，关好方舱13舱门，开启冷媒泄露报警器，监测是否有冷媒泄露。若正常开启工况机14进行打工况；达到指定温度后，打开测试软件，输入预定最大管路应力σ_1max开始测试，振动台激振器1开始以频率为fHz的频率振动，先加载按预定档位正弦激励x₁g的正弦激励，系统测试管路真实最大应力σ_s1。

系统自动判断系统测试管路真实最大应力σ_s1是否满足0.97σ_1max≤σ_s1≤1.03σ_1max；当σ_s1＜0.7σ_1max则系统自动将激励增加到正弦激励x₂g，再判断0.97σ_1max≤σ_s1≤1.03σ_1max，若不满足则继续加大激励；当σ_s1＞1.3σ_1max系统自动将正弦激励降挡；当σ_s1在目标值σ_1max±30％时，系统自动进入激励微调档位，直至管路应力满足0.97σ_1max≤σ_s1≤1.03σ_1max为止。

当管路真实最大应力σ_s1满足0.97σ_1max≤σ_s1≤1.03σ_1max条件时，系统激励锁定，计时器自动开启进行计时，直到空调管路发生裂漏，冷媒报警器报警并自动停止，记录实验台振动时间为t_s1秒。此时，管路在应力σ_1max作用下的发生裂漏所经历的应力循环次数为N₁＝t_s1*f。

将做完实验的空调拆下，换另外一套布置好应变片的空调，重复上述步骤操作好，达到指定温度后，打开测试软件，输入预定最大管路应力σ_2max，然后系统自动判断管路真实最大应力σ_s2满足0.97σ_1max≤σ_s1≤1.03σ_1max，测出σ_2max应力下管路裂漏时时间t_s2秒；并计算出应力循环次数N₂＝t_s2*f；同理重复上述步骤依次测试：σ_sn应力下，管路裂漏的应力循环次数N_n＝t_sn*f；直到n＝8。

最后根据应力σ_s1～σ_s8作用下发生疲劳破坏的循环次数N₁～N₈绘制空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线，如图3所示。由于疲劳寿命S-N曲线的横坐标为lnN，因此在选择预定最大管路应力值时应当使得每次循环的应力循环次数N能够取得不同数量级。

优选地，所述频率振动台以测试频率fHz模拟空调器使用过程中实际振动频率，其范围为10～160Hz；

优选地，所述测试环境的温度范围为-40℃至60℃，所述测试环境的湿度范围为40％～98％。

其中，预定最大管路应力由纯铜理论疲劳极限应力值×加工损伤系数×焊接损伤系数等确定，所述加工损伤系数×焊接损伤系数约为0.8～0.98，即预定每次循环选择的预定管路最大应力值为对应的疲劳循环次数N取预定数量级时纯铜(紫铜)理论疲劳极限应力值的0.8～0.98倍。

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。

Claims (9)

1.一种空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，在装配好的成品空调外机管路上布置应变片，并将其固定在振动台上，调节振动台所处的密封测试环境的温度达到预定值，开启冷媒报警系统，输入预定最大管路应力，振动台以频率为fHz的频率开始测试，施加预定档位正弦激励，其中，所述预定最大管路应力由纯铜理论疲劳极限应力值×加工损伤系数×焊接损伤系数确定；

步骤S2，检测系统测试管路真实最大应力

，判断系统测试管路真实最大应力

是否在根据预定最大管路应力设置的第一阈值范围之内，若满足该第一阈值范围则转至步骤S3；若不满足则自动增加或降低正弦激励的粗调档位，重复步骤S2；

步骤S3，系统锁定激励，计时器自动开启进行计时，直到空调管路发生裂漏，冷媒报警系统报警并自动停止测试，记录振动台振动时间为

秒；此时，管路在应力

作用下的发生裂漏所经历的应力循环次数为

；

步骤S4，更换另一套布置好应变片的空调，重复步骤S1至S3，设定预定最大管路应力

，测出

应力下管路裂漏时的振动时间

秒；并计算出应力循环次数

，令n=n+1，重复步骤S4，直至n=M，所述M的取值范围为6至12；

步骤S5，绘制循环次数

~

的空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线；

其中，所述步骤S2还包括，

若系统测试管路真实最大应力在根据预定最大管路应力设置的第一阈值范围之内，则系统自动进入激励微调档位，直至管路应力满足根据预定最大管路应力设置的第二阈值范围之内为止；其中，所述第二阈值范围为第一阈值范围的子集。

2.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述第一阈值范围为预定最大管路应力的70%~130%，所述第二阈值范围为预定最大管路应力的97%~103%。

3.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述加工损伤系数×焊接损伤系数为0.8~0.98。

4.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述步骤S2中自动增加或降低正弦激励的粗调档位包括，

若系统测试管路真实最大应力小于第一阈值范围的最低边界值，则自动增大施加的正弦激励的档位，返回步骤S2；

若系统测试管路真实最大应力大于第一阈值范围的最高边界值，则自动降低施加的正弦激励的档位，返回步骤S2。

5.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述预定档位正弦激励根据输入的预定最大管路应力确定，当系统测试管路真实最大应力不满足预定阈值范围时，系统采用自动寻优算法增大或降低正弦激励的档位。

6.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述频率振动台以测试频率fHz模拟空调器使用过程中实际振动频率，其范围为10~160Hz。

7.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述测试环境的温度范围为-40℃至60℃，所述测试环境的相对湿度范围为40%~98%。

8.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：在多套相同的外机管路应力较大部位及易断部位布置纵向及横向应变片。

9.根据权利要求1所述的空调配管成品级疲劳寿命曲线测试方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括：

步骤S0，对空调外机管路系统进行动力学分析，确定应力最大部位和应力较集中部位，作为应变片安装的预定位置。

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