下载文档原格式
基于Patran空调室外机支架的有限元分析付振山;于春玲【摘要】根据《空调器室外机安装用支架规范》对空调室外机支架进行了强度分析,采用Patran有限元软件进行了静力分析和屈曲分析,分析了在规范载荷下的强度和稳定性分析,计算结果表明强度和可靠性满足要求.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P68-70)【关键词】空调支架;静力分析;屈曲分析;有限元分析【作者】付振山;于春玲【作者单位】威海职业学院,山东威海264210;威海职业学院,山东威海264210【正文语种】中文【中图分类】TH122随着人们生活水平的提高，空调的使用越来越广泛，空调室外机室的安全性不容忽视。
空调室外机一般采用支架支撑，且使用年限较长，因此支架的强度要满足要求。
因支架结构简单常采用工程算法计算强度，方便快捷，同时也存在以下缺点：没有考虑到安装孔等技术细节对应力的影响；对结构中出现的应力集中计算不足；不能了解整体结构的应力分布等。
有限元软件从3D实体出发，利用有限个小的互连子域替代整个求解域，从而克服了以上缺点，在工程中取得广泛应用。
Patran软件具有强大的计算分析能力，能够模拟支架在载荷作用下各部分的应力和应变，分析支架在载荷作用下的稳定性。
空调室外机支架一般挂在室外，主要承受室外机重力作用，重力载荷基本不变，因此采用静态分析法计算支架在重力作用下的应力和应变，分析强度是否满足要求。
1.1 建立空调支架的3D模型空调室外机支架的3D模型采用SolidWorks软件建立，其结构由两块槽钢和一块等边角钢焊接而成的三角之架,竖槽钢上有3个φ12的固定孔，槽钢截面尺寸为63 mm×40 mm×4.8 mm，角钢截面尺寸为30 mm×30 mm×4 mm，材料为Q235碳素钢，弹性模量E=206 GPa,泊松比v=0.3，密度7.8 kg/mm3。
支架的线性静力学分析实例：建模和分析计算在此实例中读者将学习ABAQUS/CAE的以下功能。
1) Sketch功能模块:导人CAD二维图形，绘制线段、圆弧和倒角，添加尺寸，修改平面图，输出平面图。
2) Part功能模块:通过拉伸来创建几何部件，通过切割和倒角未定义几何形状。
3) Property功能模块:定义材料和截面属性。
4) Mesh功能模块:布置种子，分割实体和面，选择单元形状、单元类型、网格划分技术和算法，生成网格，检验网格质量，通过分割来定义承受载荷的面。
5) Assembly功能模块:创建非独立实体。
6) Step功能模块:创建分析步，设置时间增量步和场变量输出结果。
7) Interaction功能模块:定义分布榈合约束(distributing coupling constraint)。
8) Load功能模块:定义幅值，在不同的分析步中分别施加面载荷和随时间变化的集中力，定义边界条件。
9) Job功能模块:创建分析作业，设置分析作业的参数，提交和运行分析作业，监控运行状态。
10) Visualization功能模块:后处理的各种常用功能。
结构静力学分析（static analysis）是有限元法的基本应用领域，适用于求解惯性及阻尼对结构响应不显著的问题。
主要用来分析由于稳态外载荷引起的位移，应力和应变等。
本章的静力学分析实例按照ABAQUS工程分析的流程对支架进行线性静力学分析，通过实例基本掌握了分析的流程，同时了解接触的定义。
1.问题描述所示的支架，一端牢固地焊接在一个大型结构上，支架的圆孔中穿过一个相对较软的杆件，圆孔和杆件用螺纹连接。
材料的弹性模量E=2100000MPa,泊松比为0.3。
支架的两种工况1 杆件的一端受到沿着沿Y轴为2000N的集中力，其随着时间变化。
2 支架的自由端还在局部区域上受到均布的剪力Ps=36MPa。
时间（S）集中力（F/KN）0 1.50.2 20.4 1问题分析为简化问题，实例基于结构和载荷的对称性。
Ansys应用大作业空调支架ansys分析专业：机械电子工程学号：姓名：空调支架ansys分析在日常生活中，我们到处可以看到空调，由于场地的限制，空调经常要依靠支架悬挂在墙体外表面，由于空调质量大，而且经常外挂于高处，如果因为支架不够牢固而造成空调下落，有可能造成伤亡事故，所以我想拿空调的支架来进行ansys分析，分析它的受力变形状况。
（一）模型的简化图1 图2如图1为常见的空调支架实体，图2为我们简化后的模型。
（二）ansys模型的建立设置单元类型为solid brick 8node 185 如图3图345号钢的弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，如图4我们设置材料的属性图4先用关键点1（0，0，0）2（0，0.155，0 ）3（-0.540，0.155，0）4（-0.540，0.11，0）生成面，再扩展成厚度为0.005的体，接着用生成块命令生成3个块，4个体再进行相加，如图5所示图5（三）进行网格划分与静态分析根据支架的尺寸，我们设置网格单元大小为0.005，如图6所示，然后进行网格划分，结果如图7所示图6图7我们假设螺钉足够牢固，能把支架牢牢地固定在墙面上，所以我们对支架靠近墙面的面加上各个方向的约束，如图8所示图8由于空调由两个支架支撑，而且下底面压在图1所示的340mm 区域内，所以我先把空调的重力转化为在图中所示的340mm 所在的面积的压强559.831705.880.340.05F P S ⨯===⨯ 如图9进行加压强载荷209.811529.410.340.05F P S ⨯===⨯图9进行求解，然后我们查看结果，查看位移图10，我们可以看出最大的位移在支架的末端，为0.569e-0.4，可见位移很小，在生活中我们基本忽略不计。
图10然后查看Von mises stress图，如图11，我们可以看出应力基本上集中在斜内板的下部分，我们查看标准，GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J。
空调管路有限元分析【摘要】本文针对某款空调室外机配管加上配重块后，产生振动大、噪音高等问题，对空调室外机配管结构建立力学模型后，用有限元程序对其模态分析，得出该配管结构固有频率值和对应固有频率下的振型图。
分析出配管加上配重块后，结构固有频率落在压缩机对配管结构激发频率的共振区内，这样使得配管很容易发生机械共振，产生剧烈的管道振动。
为了验证配管模态分析结果的可靠性，进行了配管固有频率测试，测试值与仿真值在前几阶是相吻合，进一步验证了配管理论的正确性。
【关键词】空调；配管；模态分析；振动空调压缩机配管机械振动的原因主要是：①压缩机主机的动力平衡性能欠佳。
②管内脉动的气流在管道的转弯、变截面等处产生交变的载荷—激振力，导致了管道的机械振动。
配管振动除了引起噪音和异音外，严重时甚至发生断裂，因此对空调配管设计举足轻重。
在空调配管系统的振动和噪声控制方面，美国和日本等发达国家走在了世界前列，采用有限元方法对充满流体的管道进行结构动力特性分析。
目前企业中配管设计主要依赖于工程师的经验，但是在物理样机制造出来并通过相关测试之前，即便有相当工作经验的工程师也无法保证其设计方案能够满足各方面性能的要求。
为了保证可靠性，目前大多数设计方案都偏于保守，导致成本增加。
但即便如此，断管现象仍时有发生，振动、噪音问题也未得到有效控制。
针对某款空调室外机配管加上配重块后振动大、噪音高及其成本较高等问题，采用有限元法对该配管进行结构动力特性分析，得到其固有频率值和对应固有频率下的振型图。
同时采用B&K振动测试分析、力锤和加速度传感器对空调配管进行固有频率测试，测试值与仿真值在前几阶是相吻合的，验证了配管理论的正确性，这对空调配管设计的指导具有重要的意义。
1.空调配管结构的模态分析理论在工程中求解特征方程的近似方法有很多，包括Rayleigh能量法、Dunkerley 法、Ritz法、Subspace法、BlockLanczos法、Reduce法等。
汽车空调压缩机支架模态优化作者：梁文昌李书阳赵华来源：《企业科技与发展》2017年第07期【摘要】空调压缩机是空调系统的核心部件，通过支架安装在发动机缸体上，导致支架长期处于振动的恶劣工作环境中，容易引起空调压缩机发生振动，导致空调压缩机不能平稳、安全、可靠地进行工作，影响发动机的性能，并影响到整车的NVH性能。
因此，空调压缩机支架的结构设计直接影响整车的NVH品质。
文章通过有限元分析的方法，对空调压缩机支架进行了模态分析，并对支架进行了结构优化，实现了支架模态提升的预期效果。
【关键词】压缩机支架；模态分析；NVH；结构优化【中图分类号】U463.851 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）07-0018-040 前言随着人们生活水平的日益提高，汽车保有量与日俱增，人们对汽车安全性、环保性及舒适性的要求也在不断地提高。
汽车厂商越来越重视振动、噪声的性能，并将其作为新车型的一个主要亮点，汽车的振动、噪声与舒适性给用户带来直接的听觉和触觉的感受。
业界噪声、振动及舒适性（Noise、Vibration、Harshness）统称为车辆的NVH问题[1]。
空调压缩机是空调系统的核心部件，通过支架安装在发动机上，这也决定了其处于振动的恶劣工作环境中，自身的振动容易被发动机激发，从而产生轰鸣现象。
本文主要对压缩机支架模态进行有限元分析，并为支架模态提升确定了结构优化的方向。
1 模态分析理论模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性，不会随着边界条件的改变而发生变化。
深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用)二○一三～二○一四学年度第 1 学期课程编号2311122102课程名称有限元分析方法主讲教师龚峰评分学号2011110268 姓名朱志强专业年级机械设计制造及其自动化02题目：空调支架的静力分析与屈曲分析空调支架的静力分析与屈曲分析【摘要】“空调支架失效，致使坠落伤人”事件频发，引起了社会的极大响应，整个行业也对“空调支架”充满了许多期许。
究其根源，社会众说纷纭。
本文针对此问题，选取了生活中的一种户外空调支架，对其进行了实测与工况分析, 并采用有限元方法，借助计算机建模软件Solidworks建立空调支架的3D模型，运用Patran/Nastran软件, 建立了空调架的有限元模型，对其进行了静力的应力应变分析和屈曲分析，得出了空调支架在静力条件下的危险工作部位，为空调支架的安全性设计与改进提供了理论依据。
【关键词】空调支架、静力分析、屈曲分析、优化设计目录【摘要】 (1)一、概述............................................................................................ 错误!未定义书签。
二、建立空调支架的3D模型....................................................... 错误!未定义书签。
三、空调支架的静力分析 (3)1、按实际工况进行应力应变分析 (4)2、按安全性规范进行应力应变分析 (4)四、空调支架的屈曲分析 .............................................................. 错误!未定义书签。
1、按实际工况进行屈曲分析 (5)2、按安全性规范进行屈曲分析 (6)五、空调支架的优化设计 ............................................................. .错误!未定义书签。
ANSYS分析实例详解姓名：XXX 学号：XXX 专业：XXX 内容：空调支架的有限元分析本次作业为对一空调支架的有限元分析，其主要内容包括空调支架的建模、有限元分析、强度校核以及结构优化等。
下图为空调支架一侧的实物图片：1、空调支架的特点分析由于空调支架为一个完全对称结构，空调的重量均匀分部在两侧对称支架上，因此只要对空调支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析，同时也达到了简化空调支架分析的目的。
本次作业可以分三部分来完成：一，空调支架一侧的建模；二，利用商业化有限元分析软件对建好的空调支架模型进行有限元分析；三，根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以及结构优化。
2、空调支架的建模空调支架的具体尺寸图如下图所示：考虑到空调支架模型结构简单，故在此没有利用三维软件建模而是直接在有限元分析软件中进行建模，本次作业采用的有限元分析软件为美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件ANSYS10.0。
建立模型包括设定分析作业名和标题，定义单元类型、定义材料属性、建立三维模型、划分有限元网格。
2.1设定分析作业名和标题打开ANSYS软件进入ANSYS操作界面，首先从主菜单中选择【Preferences】命令，勾选Structural。
然后从实用菜单中选择【Change Jobname】命令，将文件名修改为Ktiao2，从实用菜单中选择【Change Title】命令，将标题修改为Ktiao2。
如下图所示：2.2定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。
本文中选用8节点六面体单元Solid185。
如下图所示：2.3定义材料属性由于空调支架所用材料为45#钢，故可查得45#钢的弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3。
从主菜单中选择Preprocessor>Material Props>Material Models命令，打开定义材料模型属性窗口，对材料弹性模量和泊松比进行设置。
10.16638/ki.1671-7988.2021.01.025基于NASTRAN的某商用车空调压缩机支架性能仿真研究陈海（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330010）摘要：文章基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用车空调压缩机系统进行了CAE模态，强度和疲劳分析分析结果显示，空调压缩机及支架NVH模态，强度和耐久性能满足设计目标。
关键词：商用车；压缩机支架；性能中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)01-80-03Study on the Air conditioning compressor bracket of a commercialvehicle with NASTRANChen Hai( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )Abstract: In this paper, based on the finite element method and Nastran software, CAE strength,model and fatigue analysis of an air conditioning compressor bracket of a commercial vehicle are carried out. The analysis results show that the NVH model, strength and durability of the bracket meet the design objectives.Keywords: Commercial vehicle; Air conditioning compressor bracket; PerformanceCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)01-80-031 引言随着国家经济复苏快速发展，商用车销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。
10.16638/ki.1671-7988.2017.16.029
空调压缩机支架的有限元分析方法
徐鹏飞，张建操，房程程，苏晓芳，陈帆
（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
摘要：空调压缩机支架的载荷及布置较复杂，载荷方面包括螺栓预紧力、皮带力以及动载等。
布置方面涉及缸体、油底壳及空调压缩机等，文章基于有限元的分析方法，提出了一种分析流程，结果表明，该分析流程能够全面合理地完成空调压缩机支架的校核。
关键词：空调压缩机支架；有限元；动载；疲劳
中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)16-79-03
Finite Element Analysis Method For Engine Air Conditioner Compressor Bracket Xu Pengfei, Zhang Jiancao, Fang Chengcheng, Su Xiaofang, Chen Fan
( Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abscract: Load and arrangement of air consitioner compressor bracket is very complex, c load include of bolt pretension, belt force and dynamic load. Arrangement include of cylinder block,oil pan and air consitioner compressor bracket. Based on finite element analysis method, propose an analysis process, the result shows the finite element analysis flow of air consitioner compressor bracket is comprehensive and reasonable.
Keywords: air conditioner compressor bracket; finite; dynamic load; fatigue
CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-79-03
前言
空调压缩机是发动机重要附件之一，虽然不是发动机核心部件，但对整车行驶安全性及乘员乘坐舒适性起着至关重要的作用。
空调压缩机支架是将空调压缩机安装固定在发动机上的直接支撑，其可靠性直接影响着附件甚至整个发动机能否正常工作。
由于空调压缩机支架载荷较大且复杂，尤其发动机振动产生的加速度会达到15G-20G的程度，同时布置方面涉及零部件较多，零部件材质也不尽相同，因此需进行多项模拟分析保证支架可靠性，故本文提出了一种分析流程，用以保证全面合理的空调压缩机支架校核。
1 支架的有限元分析流程
图1 有限元分析流程图
作者简介：徐鹏飞，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。
汽车实用技术
80 2017年第16期
通过对空调压缩机支架的失效原因分析发现，支架的失
效原因包括支架的振动、支架的静载及支架的动载，因此根据失效原因，设计如下分析流程图，见图1。
从流程中可以看出，为了对支架进行全面有效的校核，必须进行模态分析、静强度分析及高周疲劳分析。
2 应用实例
某型号汽油机处于概念设计阶段，现需对其进行空调压缩机支架有限元分析，根据分析流程，对空调压缩机支架进行模态、静强度、接触面滑移量与高周疲劳分析。
载荷为螺栓的预紧力、皮带力以及六个方向的振动加速度。
规格M8螺栓，打紧力矩为20～25Nm ，相应的最大螺栓预紧力为19800N ，最小螺栓预紧力为12400N ；规格M6螺栓，打紧力矩为10～12Nm ，相应的最大螺栓预紧力为13000N ，最小螺栓预紧力为10000N ；发动机缸内最大爆发压力70bar ，可取15G 加速度，空压机皮带力Fmax=2070N ，有限元模型如图2所示，有限元模型边界条件如图3所示。
图2 有限元模型
图3 有限元模型边界条件
空调压缩机支架的一阶频率为441.31Hz ，见图4。
根据振动理论[1,2]，对于一个多自由度系统的运动微分方程为：
（1）
式中，M ，C ，K 分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵，X ，F 分别为系统各点的位移响应向量及激励向量。
式(1)经过拉氏变换，得：
(K-w 2M+jwC)X(w)=F(w) （2） 令X(w)=ΦQ ，Φ为系统各阶模态向量组成的模态矩阵，记为Φ=[φ1，φ2，…，φN ]，Q 为系统的模态坐标，其物理意义为各阶模态对响应的贡献量，也就是加权系数，记为Q =[q 1(w)，q 2(w)，…，q 3(w)]T
，代入式(2)，得：
(K-w 2M+jwC)ΦQ=F(w) （3） 根据方程可求出系统的N 阶频率值w ，当w 与系统激励力的频率相等时，系统会发生共振。
空调压缩机支架的共振行为受发动机转速频率影响，发动机转速的基频为[3]：
（4） 式中，N 为发动机气缸数，n 为曲轴转速，r 为发动机冲程数。
当空调压缩机支架的共振频率带落在发动机转速范围内，就会使支架产生共振失效。
该汽油机的最大持续转速为6600rpm ，发动机转速达到6600rpm 时其点火频率值为220Hz 。
根据流程图中公式，空调压缩机支架的一阶频率值等于2倍发动机持续转速时的点火频率值，满足大于1.2倍发动机持续转速时的点火频率值的避振设计要求。
图4 空调压缩机支架一阶模态
图5为空调压缩机支架在最大螺栓预紧力与15G 加速度作用下的应力云图，施加绑定约束和接触单元边界处的应力奇异现象不予考虑，从图中可以看出，支架的最大应力值为163.57MPa ，未超过其材料屈服强度极限310MPa ，满足强度设计要求。
图5 空调压缩机支架应力云图
图6 最小螺栓预紧力下支架滑移量
徐鹏飞等：空调压缩机支架的有限元分析方法81 2017年第16期
从图6中可以看出，支架在螺栓载荷、皮带力和六个方向振动加速度共同作用下，与压缩机、缸体和油底壳接触面的相对最大滑移量分别为3.807um，小于4um的评价限值，满足支架磨损要求。
图7为支架在螺栓荷载、皮带力和六个方向振动加速度共同作用下的高周疲劳安全系数云图。
从图中可以看出，支架的高周疲劳最小安全系数为3.42，大于1.1的评价限值，因此，支架在螺栓荷载、皮带力和六个方向振动加速度共同作用下的高周疲劳强度满足要求。
图7 高周疲劳计算结果
图7中除了支架与螺栓的绑定接触处和与空调压缩机、缸体和油底壳接触边界处的安全系数最低除外，该支架的高周疲劳最小安全系数出现在结构的过渡圆角处，因此，建议在生产加工过程中要保证支架的结构过渡圆角平滑，保证表面质量。
3 结论
空调压缩机支架的校核需进行模态分析、静强度分析及高周疲劳分析，从模态、静强度、接触面滑移量与高周疲劳四个角度进行判断。
笔者建立的流程能更真实的模拟空调压缩机支架的受载情况，得到计算结果更为合理全面。
参考文献
[1] 傅志方,华宏星.模态分析理论与应用[M].上海：上海交通大学出
版社,2000.
[2] 倪振华.振动力学[M].西安：西安交通大学出版社,1988.
[3] 朱孟华.内燃机振动与噪声控制[M].北京：国防工业出版社,1995.
（上接第78页）
表1 试验力的方向
3.2 试验要求
试验要求为加载期间纵向水平位移和斜向力方向位移不大于125 mm，允许永久变形和部分开裂。
3.3 试验项目
试验分为以下三项：
1）前向力试验
按3.1.1对SFAD的X点预加载后，按3.1.2施加8kN±2.5kN的水平前向力。
2）斜向力试验
按3.1.1对SFAD的X点预加载后，按3.1.2施加5kN±2.5kN的斜向力。
3）带有ISOFIX上拉带固定点的ISOFIX固定点系统试验方法
按3.1.1对SFAD和上拉带固定点之间进行50N±5N的预加载，再按3.1.2施加8kN±2.5kN的水平前向力。
4 结论
文章主要介绍了汽车儿童座椅接口的分类，设计方法，及试验要求等，为汽车儿童座椅接口的设计提供依据。
参考文献
[1] 黄小枚,王长江,余博英等. GB14167-2013 汽车安全带安装固定
点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点[S].
[2] 高新华,卢礼华,刘昌权等.儿童座椅固定点布置[J].汽车科技, 2008
(5):23.。
