基于ansys workbench的空调配管振动与应力的研究

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1、基于ANSYSWorkbench的空调配管振动与应力的研究第一章绪论1.1研究背景近年来，中国的经济水平突飞猛进，居民的生活水平日益提高，进而对生活品质的要求也越来越高，空调逐渐成为很多家庭必不可少的电器之一。家用空调的品种也从改革开放初，只有高档宾馆和少数家庭能用的起的几个洋品牌，到如今普通家庭也司空见惯的各种国产品牌。市场经济以来，我国空调产业的发展一日千里。尤其是经过近十多年，行业规模和技术的都取得了长足的进步。如今，中国已经成为世界空调制造大国，产销量均居世界首位。但与此同时，我们也应该看到当前我国空调行业的不足和发展瓶颈，主要表现在引进的国外先进技

2、术不能及时消化吸收、基础性研发资金投入不足、行业竞争日趋白热化、原材料价格长期来看仍呈上涨趋势，这导致空调行业利润越来越低，企业生存压力继续增大。近年来，国内空调市场竞争异常激烈，尤其是在家用空调市场，国外品牌已经逐渐被排除在家用空调主流份额之外，几大国产空调巨头牢牢占据市场统治地位，并且还在不断蚕食其他中小厂商的份额。从消费者角度来讲，人们从市场竞争中得到了价格实惠的同时，对空调的品质的要求也越来越高。消费者已经不满足于简单的制冷功能，进而对外观、节能、噪声、耐用性等各个方面都提出了更高的要求，而这些都与空调的设计息息相关。因此，空调企业要想在激烈的市场竞

3、争中生存下去，除了在生产制造环节控制成本，更重要的是要加大设计研发力度，从上游来提高利润率，并且持续改善产品品质，优化用户体验，从根本上提高产品的竞争力。空调结构设计的核心内容之一是配管的设计。配管的设计除了满足系统制冷和产品空间结构的需求以外，提高配管在空调工作过程中的可靠性、降低应力和疲劳破坏一直是工程师们关注的焦点。配管之所以会发生疲劳破坏主要是由以下三点因素导致：首先，在工作过程中由于压缩机的不平衡旋转会产生周期性的激励，如果激励的频率与系统的低阶固有频率一致则可能会导致配管较大的振动；其次，为了合理利用箱体内的空间，压缩机配管在设计时存在多处拐角，

4、这些拐角处受到气流脉动的冲击也会导致配管发生周期性的振动，过量的振动不仅会使室外机产生较大的噪声，还会导致管路材料疲劳失效，进而发生断裂的事故；最后，配管内冷媒的高压也会导致配管的某些位置处于应力集中状态，长时间也易产生裂纹。......1.2国内外研究现状从上世纪八九十年开始，国内外很多企业和大学都开展了对空调配管振动进行研究的尝试。作为空调研发强国，日本对空调振动机噪声问题研究起步较早。Yokoyama、Sakurai早在上世纪80年代末就利用子结构综合法和角输入法，研发了一套模拟程序，该程序可以模拟空调配管系统的振动，对于配管设计工程师的设计和开发有很

5、大的帮助[1]。日本Panasonic公司的空调研发人员Yamamoto开发了一套管路设计软件，该软件的最大特点是能将管道的二维图纸转化为三维，并能对配管开展简单的振动方面的分析，利用该软件设计的管路可以很好地避免压缩机的运转引起配管的共振[2]。为了得到配管所受外界激励的情况，首先必须对压缩机旋转受力情况进行分析。法国的G.Ferraris和M.A.Andrianoely等人研究了滚动转子压缩机旋转过程中的偏心问题以及气缸压力变化的动态平衡过程[3]。国内的马国远对滚动转子式压缩机动力学问题进行了计算，分析了运行过程的气体力以及惯性力的变化，得到了阻力矩曲

6、线和阻力矩公式[4]。日本学者藤川猛等人对框架类结构固有频率的有限元方法进行了深入的研究与总结，并于1975年首次将该有限元理论应用于计算管道系统的模态[5]。近年来，有限元软件在配管设计领域越来越多被使用，美的集团的卢剑伟利用ANSYS软件建立了空调配管系统的虚拟样机，并根据压缩机受力分析结果，施加外部激励得到压缩机管路谐响应的应力应变分布情况，与实际吻合较好[6]。之后，利用有限元软件将模态分析的相关理论应用于空调配管的振动问题的研究成为一种趋势。合肥工业大学的赵承三、李志远等采用类似的方法，对配管进行了模态和谐响应分析，得到管路变形情况后进行了优化改进

7、，取得了良好的效果[7]。上海交通大学的薛玮飞也进行了同样的研究[8]。华中科技大学的杨元涛、丁一在此基础上利用PRO/E进行了二次开发，利用VC和MATALB混合编程以及VC和ANSYS联合使用扩展和简化了软件使用，具有一定的意义。......第二章压缩机受力与配管振动2.1结构动力学概述结构动力学属于结构力学的范畴，它主要研究的是结构受动载荷作用时的响应，以便确定结构的承载能力、动力学特性，指导进一步对结构性能的改善[27]。所谓的动载荷，指的是载荷的大小、方向、作用位置随着时间的推进而发生改变。如果按照定义来讲，仅仅从载荷本身的性质区分，现实当中载荷基

8、本都是动载荷。但从载荷对结构产生的影响来考虑，可以分