CN109063405A - 一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，涉及空调技术领域。包括如下步骤：建立室外机顶盖板三维实体模型；根据所述三维实体模型建立有限元模型，对所述有限元模型建立载荷和约束；设定形貌优化的设计变量、响应函数和优化目标；进行形貌优化分析；使加强筋高度达到所述设计变量的设定值，进而优化结束，并输出所述三维实体模型至三维实体建模软件，根据成形工艺可行性进行二次设计，完成所述加强筋的最终结构设计。本发明采用CAE技术，对室外机顶盖板进行加强筋的优化设计，通过设定优化目标，能够直接一次性得出刚度最优的加强筋结构，节省研发时间，提高研发效率，对提高产品竞争力有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法。
背景技术
现有空调器室外机顶盖板一般采用大面积的钣金结构，顶盖板上的加强筋形式也多是单一长度方向的平行直条结构；该种布局方式结构简单，但刚度不足，无法应对装卸、运输、安装、维修、使用过程中的非法外力作用，顶盖板容易因踩踏产生变形，影响产品外观和可靠性。在顶盖板加强筋的设计过程中，很多研发人员都是根据经验先进行加强筋的结构设计，再对刚度进行实验或者CAE验证，若刚度没达到要求，则改变加强筋的结构重新进行设计，如此反复。上述设计方法本末倒置，费时费力，需要花很大代价才能设计出满足刚度要求的加强筋布局方式，并且设计出的加强筋未必是最优的。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，以使空调器室外机顶盖板一次设计成形，且满足刚度需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，包括如下步骤：
建立室外机顶盖板三维实体模型；
根据所述三维实体模型建立有限元模型，包括：抽取中面，对所述中面进行设计区域和非设计区域的设定，对所述中面进行网格划分，并对所述网格建立模型；
对所述有限元模型建立载荷和约束；
设定形貌优化的设计变量、响应函数和优化目标；
进行形貌优化分析；
根据所述形貌优化分析的结果，查看加强筋高度是否达到所述设计变量的设定值，若达到，则优化结束，并输出所述三维实体模型；若未达到，则减小OBJTOL参数，继续进行优化直至所述加强筋高度达到所述设计变量的设定值；
将所述加强筋高度达到所述设计变量设定值的所述三维实体模型输出至三维实体建模软件，根据成形工艺可行性进行二次设计，完成所述加强筋的最终结构设计。
进一步的，所述建立室外机顶盖板三维实体模型，采取实体建模软件对已有产品的室外机顶盖板三维实体模型进行修改，删除加强筋特征，使上表面成为一个无加强筋的大平面结构，并将周围的固定螺钉孔特征去除。
进一步的，所述对中面进行网格划分还包括对所述网格质量进行检查。
进一步的，所述网格质量要求为：网格总体尺寸0.5mm，纵横比小于2，翘曲度小于6度，扭曲角小于15度，雅克比大于0.8，三角形单元数量不大于总网格数量的0.5％。
进一步的，对所述有限元模型建立载荷包括：在所述有限元模型中建立一个临时节点，并用一个刚性单元将临时节点和顶盖板网格节点连接，在所述临时节点处施加集中力载荷。
进一步的，所述载荷为顶盖板中心的200N的集中力载荷。
进一步的，所述约束为顶盖板四周节点的6个自由度的全部约束。
进一步的，所述设计变量包括所述设计区域的起筋高度和起筋角，所述响应函数为所述设计区域的应变能，所述优化目标为所述应变能最小化。
进一步的，所述设计区域的起筋高度设置为8mm，起筋角设置为45度。
进一步的，所述进行形貌优化分析包括：建立PARAM卡片，关闭计算过程中的网格质量实时检查功能，并提交计算。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法具有以下优势：
(1)本发明采用计算机辅助工程技术，对室外机顶盖板进行加强筋的优化设计，通过设定优化目标，即应变能最小，利用计算机强大的计算能力，进行迭代优化，直接一次性得出刚度最优的加强筋结构。该方法大大节省了研发时间，提高了研发效率，对提高产品竞争力有积极作用。
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为本发明所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法流程图。
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，一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，所述基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法通过计算机辅助工程(CAE)，利用有限元仿真技术，对空调室外机运转过程中的模态进行分析，具体实施步骤为：
一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，包括如下步骤：
S1:建立室外机顶盖板三维实体模型；
较佳的，所述步骤S1中，可以采取实体建模软件Creo对已有产品的室外机顶盖板三维实体模型进行修改，删除加强筋特征，使上表面成为一个无加强筋的大平面结构，并将周围的固定螺钉孔特征去除；所述步骤S1中，还可以采取实体建模软件Creo直接建立所述室外机顶盖板三维实体模型。
需要说明的是，此处也可以采用其他三维实体建模软件，诸如：UG，Proe，Solidworks等，但前提是三维实体模型的格式需要得到有限元建模软件的支持，因此，有限元建模软件不支持的三维实体模型的格式通常需转换为通用的格式，比如：Stp，step,X_t格式，本实施例中，将所述室外机顶盖板三维实体模型转换为STEP格式。
S2:根据所述三维实体模型建立有限元模型，包括：将所述三维实体模型导入有限元建模软件，抽取中面，对所述中面进行设计区域和非设计区域的设定，对所述中面进行网格划分，设定材料属性和单元类型，并对所述网格建立模型。
较佳的，对所述中面进行网格划分还包括对所述网格质量进行检查。
较佳的，所述步骤S2中，将STEP格式的所述室外机顶盖板三维实体模型导入到Hypermesh软件的Optistruct模块中，首先抽取中面，然后对所述中面进行区域划分，将大平面划分为设计区域，将四周的翻边划分为非设计区域。接着对所述中面进行网格划分，并对网格质量进行检查，然后建立材料属性和单元类型，并赋予网格模型。
通常情况下，有限元分析软件大多数具有一定的有限元前处理功能，如：Ansys,Abaqus，MSC.Marc等，可以实现有限元模型的建立，此处采用Hypermesh软件进行有限元模型的建立。所述S2步骤中抽取中面、对所述中面进行设计区域和非设计区域的设定、对所述中面进行网格划分、设定材料属性和单元类型、对所述网格建立模型等操作的先后顺序可以调整，任何对所述步骤S2中操作的先后顺序进行改变的技术方案均属于本发明所保护的范畴。
较佳的，初始网格质量要求为：网格总体尺寸0.5mm，纵横比小于2，翘曲度小于6度，扭曲角小于15度，雅克比大于0.8，三角形单元数量不大于总网格数量的0.5％。若网格尺寸选得过大，则有限元模型和真实模型偏差很大，会导致计算结果不可信；若减小网格尺寸，虽然精度会有一定程度的上升，但过密的网格会导致计算量大大增加，因此在有限元仿真时需要选定一个合适的网格尺寸，本发明中，对于空调器顶盖板的网格总体尺寸优先采用0.5mm；
S3:对所述有限元模型建立载荷和约束。
较佳的，所述步骤S3中，首先在所述有限元模型中建立一个临时节点，所述临时节点的位置为顶盖板中心向上10mm，并将所述临时节点和所述顶盖板中心的网格节点用刚性单元RBE2连接起来，在所述临时节点处施加200N的集中力载荷；并对所述顶盖板四周的节点施加6个方向的自由度约束。
较佳的，所述载荷为顶盖板中心的集中力载荷，所述约束为顶盖板四周节点的6个自由度的全部约束。较佳的，所述载荷为顶盖板中心的200N的集中力载荷。
所述步骤S3中，采用建立临时节点，并用一个刚性单元将临时节点和顶盖板网格节点连接的方式施加集中力载荷，而不是将集中力载荷直接施加在顶盖板的网格节点上，该方法可以有效避免引起应力集中而导致优化结果不可信。若直接在顶盖板网格节点上施加集中力载荷，则在静力分析时该节点处会产生应力集中，在后续进行形貌优化时，软件会忽略该处形貌变化，导致该处没有出现应有的加强筋布局。而在顶盖板模型之外建立一个临时节点，通过一个刚性单元建立临时节点和顶盖板网格之间的连接，将集中力施加在该临时节点上，可有效避免该现象。
S4:设定形貌优化的设计变量、响应函数和优化目标。
较佳的，所述步骤S4中，选取所述设计区域为设计变量，并输入所述设计区域的起筋高度和起筋角；所述响应函数为所述设计区域的应变能，所述优化目标为所述应变能最小化。
较佳的，所述设计区域的起筋高度设置为8mm，起筋角设置为45度。根据有限元仿真结果，在一定高度范围内，加强筋的高度越大，顶盖板的刚度越好，另外由于制造工艺条件的限制，加强筋的高度不能无限大，8mm是一个比较极限的值。加强筋的起筋角在一定范围内对顶盖板的刚度影响较小，因此选用45度主要是从外观角度去考虑的，加强筋起筋角为45度的顶盖板在美学上具有一定的厚重感。
较佳的，所述优化目标中的应变能为静力分析条件下的应变能。
S5：进行形貌优化分析，包括：建立PARAM卡片，关闭计算过程中的网格质量实时检查功能，并提交计算。
较佳的，所述步骤S5中，在形貌优化时，设计空间的单元形状在优化迭代中时刻在变化，以寻求最优解。所述Optistruct模块迭代计算前都会检查单元的质量，为了防止优化中单元变形引起单元质量不合格而终止迭代计算，因此设置CHECKEL为NO，关闭计算过程中的网格质量实时检查功能，在形貌优化过程中不进行单元质量的检查；进而提交所述Optistruct模块进行优化计算。
S6：根据所述形貌优化分析的结果，查看加强筋高度是否达到所述步骤S4中的设计变量的设定值，若达到，则优化结束，并输出所述三维实体模型；若所述加强筋高度没有达到所述步骤S4中的设计变量的设定值，则减小OBJTOL参数，继续进行优化直至所述加强筋高度达到所述设计变量的设定值。
较佳的，所述步骤S6中，在所述形貌优化分析计算完成后，利用Hyperview软件进行后处理查看结果。
S7：将所述加强筋高度满足设计要求的所述三维实体模型输出至三维实体建模软件，根据成形工艺可行性进行二次设计，完成所述加强筋的最终结构设计。
较佳的，所述步骤S7中采用的所述三维实体建模软件为Creo软件。
本发明采用计算机辅助工程(CAE)技术，对室外机顶盖板进行加强筋的优化设计，通过设定优化目标(应变能最小)，利用计算机强大的计算能力，进行迭代优化，直接一次性得出刚度最优的加强筋结构。该方法大大节省了研发时间，提高了研发效率，对提高产品竞争力有积极作用。
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 (10)
1.一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立室外机顶盖板三维实体模型；
根据所述三维实体模型建立有限元模型，包括：抽取中面，对所述中面进行设计区域和非设计区域的设定，对所述中面进行网格划分，并对所述网格建立模型；
对所述有限元模型建立载荷和约束；
设定形貌优化的设计变量、响应函数和优化目标；
进行形貌优化分析；
根据所述形貌优化分析的结果，查看加强筋高度是否达到所述设计变量的设定值，若达到，则优化结束，并输出所述三维实体模型；若未达到，则减小OBJTOL参数，继续进行优化直至所述加强筋高度达到所述设计变量的设定值；
将所述加强筋高度达到所述设计变量设定值的所述三维实体模型输出至三维实体建模软件，根据成形工艺可行性进行二次设计，完成所述加强筋的最终结构设计。
2.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述建立室外机顶盖板三维实体模型，采取实体建模软件对已有产品的室外机顶盖板三维实体模型进行修改，删除加强筋特征，使上表面成为一个无加强筋的大平面结构，并将周围的固定螺钉孔特征去除。
3.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述对中面进行网格划分还包括对所述网格质量进行检查。
4.根据权利要求3所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述网格质量要求为：网格总体尺寸0.5mm，纵横比小于2，翘曲度小于6度，扭曲角小于15度，雅克比大于0.8，三角形单元数量不大于总网格数量的0.5％。
5.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，对所述有限元模型建立载荷包括：在所述有限元模型中建立一个临时节点，并用一个刚性单元将临时节点和顶盖板网格节点连接，在所述临时节点处施加集中力载荷。
6.根据权利要求5所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述载荷为顶盖板中心的200N的集中力载荷。
7.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述约束为顶盖板四周节点的6个自由度的全部约束。
8.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述设计变量包括所述设计区域的起筋高度和起筋角，所述响应函数为所述设计区域的应变能，所述优化目标为所述应变能最小化。
9.根据权利要求8所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述设计区域的起筋高度设置为8mm，起筋角设置为45度。
10.根据权利要求1所述的基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法，其特征在于，所述进行形貌优化分析包括：建立PARAM卡片，关闭计算过程中的网格质量实时检查功能，并提交计算。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181221 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |