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1、空调配管优化应力仿真与实验研究刘晓明1，杨晓翔1，薛玮飞2(1．福州大学机械工程及自动化学院,福建福州350108)（2．广东美的制冷家电集团,广东顺德528311）摘要：针对某款空调分体室外机优化前后的管路，利用有限元仿真技术建立配管系统力学模型，对其进行谐响应分析，得到配管应力分布情况，并根据结果对优化前后的管路进行应力测试，对仿真分析结果进行试验验证。结果表明,仿真分析可以较真实地反映实际应力分布趋势,为配管优化设计及应力测试提供指导，可节省产品开发周期。关键词：空调；配管应力；优化设计；谐响应分析中图分类
2、号：TB663StresssimulationandExperimentalStudyofanAirConditionerpipeBeforeandAfterOptimizationLIUXiao-ming1,YANGXiao-xiang1,XUEWei-fei2(1．CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,FuzhouUniversity,Fuzhou,Fujian350108,China)(2．GuangdongMideaAir-Conditioning&Ref
3、rigerationGroup,Shunde,Guangdong528311,China)Abstract:Inordertostudythestressdistributionofanair-conditionerpipebeforeandafteroptimization,thetheoreticalmodelofpipesystemwasestablishedbyusingfiniteelementsimulation,andharmonicanalysiswasdonewithfiniteelementm
4、ethod.Thestresswastestedaccordingtotheanalysisresultsbeforeandafteroptimization,andsimulationresultswereverifiedbyexperiments.Theresultshowsthatthesimulationanalysiscanreflecttheactualstressdistributionandprovideguidanceforpipeoptimumdesignandstressexperiment
5、.Thismethodcanreducethecycletimeofproductdevelopmentprocess.Keywords:airconditioner;pipestress;optimumdesign;harmonicanalysis1、引言长期以来，空调器配管断裂问题是困扰空调制造企业新产品研发工作的一个难题。通过振幅和固有频率测试，可以在一定程度上粗略保证配管设计方案工作可靠性，并且测试过程简单、测试效率高。但是从前期该分析方法执行情况来看，也存在着一些问题：如虽然采取了如此严格的振幅控制措施
6、，仍然出现了几起批量性配管断裂的事故，此为现行配管分析手段存在的“漏判”现象。其实决定空调配管是否发生疲劳断裂的是管路应力大小是否超过铜管的疲劳极限应力值，管路应力大小虽与其振动情况紧密相关，但是在复杂的工程条件下振幅大小与应力大小的对应关系不易直接判定。因此导致在现行振动测试方法中“漏判”的问题。配管分析中引入应力测试项目，可以代替目前以考核配管强度为目的的振幅和固有频率测试评价项目，从而更科学地、准确地判定配管设计方案的工作可靠性；同时可降低成本，减少售后维护费用，缩短研发周期。另外有助于对市场出现断管问题的
7、原因作出准确的判断。在应力测试之前对配管模型进行仿真分析，可得到配管较大应力的位置分布，以指导应力测试。因此，卢剑伟、金涛等人利用有限元软件对空调管路系统进行应力仿真分析[1-3]；许显钧、高旭等利用ANSYS软件对空调配管进行动态仿真分析[4,5]。本文利用空调配管动力分析及设计软件对某款空调室外机优化前后的两种配管方案进行仿真分析，得到应力分布情况，并与实际应力测试结果进行对比，验证仿真软件的可靠性。2、空调配管优化设计基础空调配管优化设计基础之一是在满足配管振动噪音要求及长期运行不发生断管的情况下，降低配管
8、成本[6]。而降低配管成本最有效的方法是减少原始方案中大量的减振配件及配管材料。因此首先需要了解配管产生振动的原因，并在此基础上对其进行优化设计。而空调配管系统产生机械振动的主要原因是管道内的脉动气流在管道的弯角、变截面等处产生的激振力[7-9]。脉动气流在管道上述各处产生的激振力计算方法相同。空调管道的内部压力p为脉动压力,可表示为,则合力，由图1可得式中，ΔF为激振力
