CN110765569A - 一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储介质及终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储介质及终端，系统通过接收人工输入的管路参数并识别作为设计参数输入，依据设计参数建立仿真模型，通过仿真获得大量的实验数据，系统确定多个目标输出以及约束条件以建立近似的数学模型，对获得的数学模型进行精度和灵敏度的分析后通过寻优算法进行寻优，获得最优的设计参数。本发明通过管路参数作为设计参数输入仿真建模，在保证分析精度的基础上，进行多目标优化分析，得到满足振动标准的管路系统，解决管路运行、运输过程中应变超标及断裂等问题，提高产品开发效率即可靠性，进而进行减重、减阻尼块等方面的轻量化优化。

Description

一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储 介质及终端

技术领域

本发明涉及空调管路仿真模型技术领域，具体涉及一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储介质及终端。

背景技术

振动是家用空调性能的一个重要指标。空调振动主要来源于压缩机，而空调管路是传播振动的主要途径，空调配管结构设计的好坏直接影响空调制冷系统的可靠性。管路运行、运输过程中应变超标及断裂等问题成为技术人员面临的一大难题。另外，随着近年来原材料成本不断上涨，轻量化设计也成为企业的一大方向。

目前空调企业配管设计主要依赖工程师的设计经验，新产品开发过程中要不断地试制物理样机、反复实验测试，造成产品的开发周期较长。商用多联空调的家用化，对空调的可靠性及舒适性提出了更苛刻的要求。

目前针对管路振动问题也具有一些专利，但都是针对一个方面采取了一些措施，不能保证在运行或随机等方面都能满足要求，且一般是通过增加一些减振装置的方式进行。如公开号为CN109855190A减振结构及具有其的空调室外机、公开号为CN208779567U管路应力应变调节装置和空调装置都公开了提出了一种电磁体结构，通过改变电磁力大小改变空调管路的固有频率，从而改变振动大小。公开号为CN107906627A家用空调室外机减振管路提出在管路系统公开了增加波纹软管达到减小管路振动。公开号为CN201628315U一种空调器室外机公开了通过在管路系统增加消音器作为配重减少管路振动。

针对管路振动优化方面，具有少量的专利，但它们都不是多目标的优化，如公开号为CN104408216A一种管道减振的优化方法公开了先通过模态初步优化管路，再进行静力学迭代优化，但是管路动力学振动超标的可能性较大，很难解决管路在运行过程中的振动超标。公开号为CN109002619A定频空调器压缩机配管振动的仿真优化方法公开了以共振频率作为评价目标，采用手动方法进行管路优化，但是不能快速设计管路，且评价目标单一。公开号为CN106484985A基于计算机辅助工程仿真技术的管路设计方法公开了以静力学为判断指标，采用手动的设计方法利用有限元进行管路优化。

上述这种方法具有一定的局限性，不能保证问题的彻底解决，仅考虑了影响振动的单方面因素，不利于实际的应用仿真测试中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储介质及终端，在保证管路振动在合理范围，并减少管夹及阻尼块数量，缩短空调开发周期，降低开发成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空调管路结构减振的多目标优化方法，系统通过接收人工输入的管路参数并识别作为设计参数输入，依据设计参数建立仿真模型，通过仿真获得大量的实验数据，系统确定多个目标输出以及约束条件以建立近似的数学模型，对获得的数学模型进行精度和灵敏度的分析后通过寻优算法进行寻优，获得最优的设计参数。通过管路参数作为设计参数输入仿真建模，在保证分析精度的基础上，进行多目标优化分析，得到满足振动标准的管路系统，解决管路运行、运输过程中应变超标及断裂等问题，提高产品开发效率即可靠性，进而进行减重、减阻尼块等方面的轻量化优化。

进一步的，所述人工输入的管路参数包括管路折弯角度、直线段长度、管径、管厚参数。直线段长度等由不同机型、工艺等确定，吸、排气管与压缩机（包括储液罐及其卡扣）的三维设计最小间隙需≧12mm。出管方向与侧板的三维设计最小间隙按照≧25mm，与侧板垂直方向最小间隙≧15mm；管路与压缩机吊钩、接线盒、吸音棉等之间的最小设计间距要求：家用≥13mm,商用≥20mm；吸、排气管与压缩机底脚螺栓最小设计间距要求：家用：垂直间距≥15mm，或水平≥30mm；商用：垂直间距≥30mm，或水平≥45mm；管路与管路之间的最小设计间距要求：动管与动管的要求：家用 ≥13mm,商用≥20mm；动管与静管的要求：家用 ≥10mm,商用≥15mm；管路与钣金螺钉的最小设计间距要求：≥15mm；管路与其它部件的最小设计间距：管路与钣金件的要求：≥13mm,商用≥25mm；管路与汽分、油分、四通阀（带线圈）、电子膨胀阀等系统功能部件的要求：家用≥15mm,商用≥20mm；通过上述的参数设计即可准确完成管路系统的仿真建模，减小与实际模型的差别。

进一步的，所述多个目标输出至少包括不同频率下管路应力最大值小于标准要求值、随机振动下的RMS值小于标准要求值、静力强度小于标准要求值、瞬态分析应力最大值小于标准要求值、位移值小于标准要求值中的一个。通过不少于一个目标的输出，可以进一步确保管路振动满足需求，而且更为准确，避免单一目标满足造成可能存在的偏差。

进一步的，所述依据设计参数建立仿真模型时需要设定计算的典型工况，对原始设计管路模型进行计算，得到原始管路的初始响应参数，输出目标参数值。设计典型工况尽量接近真实情况，保证在仿真过程中精确度。

进一步的，所述典型工况包括谐响应、随机振动、模态，所述初始响应参数包括原始管路的固有频率、频响、随机振动下应力RMS值，所述目标参数值包括固有频率、不同频率下应力值和随机振动下应力RMS值。

进一步的，所述约束条件为固有频率远离压缩机运行频率，具体为固有频率与压缩机运行频率的频率差在5HZ以上。因为低频发生共振可能性很大，错开频率可以避免发生共振。

进一步的，所述寻优算法具体为自适应响应面法、全局响应面法、二次规划法、可行方向法、遗传算法、梯度法的多目标优化、多目标优化的遗传算法、序列优化和可靠性分析、基于的ARSM的可靠性优化和分析、单循环法中一种。通过寻优算法进行寻优，得到最优的结构，减少工作量，获得振动明显减小的结构更具有实用性。

进一步的，所述精度和灵敏度分析具体为根据样本数据中输入和输出关系，采用响应面方法拟合建立输入和输出的函数关系，拟合结果为响应面型，通过响应面模型得到预测值，根据实际模型计算得到的实际值与预测值判断是否符合精度和灵敏度要求。对预测值和实际值进行误差分析，保证模型的准确性。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时实现以上任一项所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

一种终端，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用时实现以上任一项所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

本发明提供的一种空调管路结构减振的多目标优化方法、计算机可读存储介质及终端的有益效果在于：采用有限元仿真技术，快速形成大量的实验数据，并以此作为样本，借助一定的优化平台快速建立多目标优化模型，得到振动性能优良的管路系统，解决管路振动超标，缩短空调开发周期；以管路振动参数作为约束及目标，快速得到满足相关振动标准的管路系统，减少管夹及阻尼块数量，降低空调成本。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种空调管路结构减振的多目标优化方法。

一种空调管路结构减振的多目标优化方法，具体步骤如下：

（1）管路原始设计模型进行参数化。i.将creo等三维建模软件中的参数以一定的规则命名，导入有限元建模软件中，识别管路折弯角度、直线段长度、管径、管厚等设计参数；ii.将建立的有限元模型进行网格变形，将管路折弯角度、直线段长度、管径、管厚等作为设计参数；

（2）根据外机空间位置、管道规格等确定折弯角度、直线段长度、管径、管厚等设计参数的参数变化范围，并进行相应的设置，参数变化可以是连续的、离散的、特定参数的。如工艺管与底盘折边间距至少50mm，配管的间隔（防碰撞）， 配管及其管上附件与运转部件（压缩机，通风机，配管）的间隔应大于13mm；配管与静止部件的间隔应大于10mm等规则。

（3）根据管路系统结构建立仿真模型，设定计算的典型工况：谐响应、随机振动、模态等，对原始设计管路模型进行计算，得到原始管路的固有频率、频响、随机振动下RMS等初始响应，将固频、不同频率下应力值、随机振动下应力RMS值等作为输出参数。

（4）根据以上设置，采用优化平台hyperstudy形成一定数量的试验数据{一般要求：数量≥（2*设计变量数+1）}，作为样本及测试样本。

（5）确定目标和约束：i.约束：固有频率远离压缩机运行频率，避免发生共振，因为低频发生共振的可能性更大，要求二者频率差在5HZ 以上。ii.目标：频响得到的是不同频率下的应力，这里以不同频率下应力最大值为目标，使其小于设计寿命换算过来的应力或者国标、企标等要求的应力值。随机振动下RMS值小于标准要求的应力值；从而建立近似的数学模型。

（6）精度和灵敏度分析：对预测值和实际值进行误差分析，保证模型的准确性，具体为模型精度分析：

根据样本数据中输入与输出关系，拟合建立输入与输出的函数关系，拟合方法目前软件提供了很多方法，也能够拟合出一次、二次等形式的模型，常用的为响应面方法，那么拟合结果就叫响应面近似模型，目前的优化软件可以对大量的数据进行拟合，通过响应面模型可以得到相应的输出，即预测值。根据实际模型计算得到的为实际值。

采用均值法判断模型的精度：

式中: xi—预测值; xa—实际值; n—样本数; 平均值A越小表示响应面精度越高，默认接受水平是0.2。

灵敏度分析：

其判断设计变量对输出的影响大小，根据灵敏度分析可以判断不同的设计变量对性能影响，从而采取不同的优化策略以求达到最优效果。从数学上：若函数f(x)可导，其灵敏度即因变量对自变量的导数：S=

f(x)为应力、模态等输出；x为设计变量。各个变量的灵敏度即响应输出的响应面近似模型对各个设计变量的一阶导。

（7）管路参数优化：通过遗传算法采用概率化寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，不需要确定的规则。

实施例2：一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时实现实施例1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

实施例3：一种终端。

一种终端，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用时实现实施例1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于，系统通过接收人工输入的管路参数并识别作为设计参数输入，依据设计参数建立仿真模型，通过仿真获得大量的实验数据，系统确定多个目标输出以及约束条件以建立近似的数学模型，对获得的数学模型进行精度和灵敏度的分析后通过寻优算法进行寻优，获得最优的设计参数。

2.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述人工输入的管路参数包括管路折弯角度、直线段长度、管径、管厚参数。

3.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述多个目标输出至少包括不同频率下管路应力最大值小于标准要求值、随机振动下的RMS值小于标准要求值、静力强度小于标准要求值、瞬态分析应力最大值小于标准要求值、位移值小于标准要求值中的一个。

4.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述依据设计参数建立仿真模型时需要设定计算的典型工况，对原始设计管路模型进行计算，得到原始管路的初始响应参数，输出目标参数值。

5.如权利要求4所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述典型工况包括谐响应、随机振动、模态，所述初始响应参数包括原始管路的固有频率、频响、随机振动下应力RMS值，所述目标参数值包括固有频率、不同频率下应力值和随机振动下应力RMS值。

6.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述约束条件为固有频率远离压缩机运行频率，具体为固有频率与压缩机运行频率的频率差在5HZ以上。

7.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述寻优算法具体为自适应响应面法、全局响应面法、二次规划法、可行方向法、遗传算法、梯度法的多目标优化、多目标优化的遗传算法、序列优化和可靠性分析、基于的ARSM的可靠性优化和分析、单循环法中一种。

8.如权利要求1所述的空调管路结构减振的多目标优化方法，其特征在于：所述精度和灵敏度分析具体为根据样本数据中输入和输出关系，采用响应面方法拟合建立输入和输出的函数关系，拟合结果为响应面型，通过响应面模型得到预测值，根据实际模型计算得到的实际值与预测值判断是否符合精度和灵敏度要求。

9.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器调用时实现权利要求1至8任一项所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

10.一种终端，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被所述处理器调用时实现权利要求1至8任一项所述的空调管路结构减振的多目标优化方法。

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