1 概述

    家電產(chǎn)品在到達(dá)最終客戶之前，一直要面對各種運(yùn)輸問題，空調(diào)產(chǎn)品也不例外。運(yùn)輸過程的工況非常復(fù)雜，比如堆碼，踩踏，夾抱等都是有可能出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，但最惡劣的工況應(yīng)該是跌落，從售后反饋數(shù)據(jù)來看，一定高度的整機(jī)跌落造成的機(jī)器結(jié)構(gòu)件和外觀件變形，功能失效等都是運(yùn)輸過程造成巨大損失的根本原因。

    以往針對跌落問題的主要手段主要是試驗(yàn)臺跌落試驗(yàn)，對于安全系數(shù)較低的的包裝設(shè)計(jì)，打開完成跌落試驗(yàn)的包裝，我們發(fā)現(xiàn)跌落的結(jié)果并不能直觀反映造成這種結(jié)果的原因，由于跌落試驗(yàn)發(fā)生變形的時(shí)間通常小于50ms，并且機(jī)型外面包裹著非透明的包裝盒，這使得空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和包裝內(nèi)部變形過程難于觀察。為此，我們甄選了在有限元分析領(lǐng)域領(lǐng)先的RADIOSS求解器，期望對這種現(xiàn)狀做出改觀。

2 有限元模型的建立

2.1網(wǎng)格劃分和材料賦予

    針對空調(diào)整機(jī)跌落的分析，我們選擇了某機(jī)型，將其分成空調(diào)整機(jī)和外包裝兩個(gè)部分去準(zhǔn)備CAE模型。對于空調(diào)整機(jī)大量應(yīng)用的塑料件和鈑金件我們選取殼單元來模擬，包裝的3D特征使我們選擇了帶中間節(jié)點(diǎn)的SOLID單元，最終生成的模型節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)見表1。

表1 模型規(guī)模統(tǒng)計(jì)

    ABS塑料的材料參數(shù)：

楊氏模量：4.7Gpa

材料密度：1.03E-6kg/m^3

泊松比：0.35

    此外應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)樣件試驗(yàn)得出的應(yīng)力／應(yīng)變曲線(MAT/LAW36)。空調(diào)機(jī)有限元模型圖見圖1，局部網(wǎng)格圖見圖2，頂部包裝有限元模型見圖3。

圖1 整機(jī)有限元模型

圖2 整機(jī)有限元模型局部網(wǎng)格

圖3 頂部包裝有限元模型

2.2跌落分析工況

    我們模擬空調(diào)由0.8m高度跌落，以邊角著地這一工況，見圖4。著地初速度速度3.96mm/ms，后續(xù)我們還進(jìn)行了其他工況仿真分析。

圖4 工況一

3 有限元分析結(jié)果

    根據(jù)有限元分析結(jié)果，空調(diào)底座底角有較大變形，并且應(yīng)變值71.6%，相比較材料不發(fā)生破壞的極限應(yīng)變值，此處已經(jīng)破壞。通過有限元模型的過程文件很容易找到問題點(diǎn)：包裝設(shè)計(jì)的初始厚度和形狀。

圖5 局部應(yīng)力分布圖

    針對有限元分析的結(jié)果反映出來的問題，利用HyperMesh快速地對包裝進(jìn)行了多次的厚度和形狀優(yōu)化，最終得到了圖6所示的應(yīng)力結(jié)果圖（新的包裝方案透明網(wǎng)格顯示）。

圖6 局部應(yīng)力分布圖

    從圖示結(jié)果可見底座底角最大應(yīng)變值由71.6%降為6.1%，沒有跌落破壞的風(fēng)險(xiǎn)。換言之，通過在設(shè)計(jì)的初始階段對包裝的形狀改變，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，也極大地壓縮了開發(fā)周期，后續(xù)的臺架試驗(yàn)也驗(yàn)證了CAE改進(jìn)方案可行性。

4 結(jié)論

    過去過度依賴經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式被證明越來越力不從心，無論從設(shè)計(jì)可靠性還是整個(gè)設(shè)計(jì)周期考慮，有限元分析正越來越多的承擔(dān)著原來的設(shè)計(jì)審核和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證角色，大量的功能完善的商業(yè)有限元分析軟件在這種角色轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著重要作用。本文通過對空調(diào)包裝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證時(shí)，RADIOSS求解器和前處理模塊HyperMesh的引入，極大地提高了包裝設(shè)計(jì)的效率，節(jié)省了大量實(shí)際臺架試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用，很好保證了項(xiàng)目進(jìn)度，RADIOSS也再一次被證明了，其在龐大的家用電器領(lǐng)域包裝運(yùn)輸方面應(yīng)用的可行性和很高的可信度。

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本文標(biāo)題：RADIOSS在空調(diào)包裝跌落分析中的應(yīng)用

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