1、配管是空調器的重要部件,也是空調器中最薄弱、最容易損壞的結構件之一,一直以來配管都是空調器結構開發(fā)過程中的一個難點。仿真設計是空調設計方法的發(fā)展趨勢,對配管系統(tǒng)進行仿真設計,可以減少不必要的物理樣機的制作,降低設計成本,縮短設計周期,加快新產品推向市場的速度,從而增強企業(yè)產品的競爭能力。
　　 論文受日本Daikin空調“空調配管系統(tǒng)的動力特性試驗分析與有限元模擬”和“空調配管系統(tǒng)的減振設計研究”兩期項目資助。提出在配管表面局部

2、環(huán)繞粘彈性阻尼層吸收配管的振動；對配管系統(tǒng)仿真研究的關鍵技術--配管系統(tǒng)的建模和阻尼層位置及形狀優(yōu)化進行了研究,并通過了大量的試驗和有限元對比驗證了模型的正確性。論文是開發(fā)空調配管系統(tǒng)虛擬設計、性能評估以及結構優(yōu)化平臺的重要組成部分,該研究從根本上改變了傳統(tǒng)設計思路,使得現行的設計方案在設計進行的同時就能對空調壓縮機匹配的振動性能進行仿真評估。
　　 以環(huán)繞粘彈性阻尼層的空調配管為研究對象,開展了粘彈性復合結構動力特性計算方法和

3、基于代理模型的復合結構動力特性優(yōu)化等研究工作。論文從一類瀝青型粘彈性材料力學特性研究入手,開展了材料力學特性的試驗研究,粘彈性本構方程參數優(yōu)化以及模型參數驗證等工作;進而在已知材料力學參數的基礎上,對周向環(huán)繞阻尼層的U型管和多種型號的配管系統(tǒng)進行了動力特性試驗研究和有限元建模工作；最后依據試驗設計方案,對配管系統(tǒng)建立了三種近似模型,并以結構質量最小和結構阻尼比最大為優(yōu)化目標,利用遺傳算法開展了基于近似模型的多目標結構優(yōu)化研究。
　

4、　 論文首先利用機械動態(tài)熱分析儀對試驗中所用的瀝青阻尼片進行材料力學性能分析,測試結果表明,這種瀝青阻尼片具有粘彈性材料的特點,材料的彈性模量,損耗模量和損耗因子隨著頻率的增加呈遞增趨勢,但增長速度逐漸下降；當溫度增加時,彈性模量,損耗模量和損耗因子都迅速下降,且損耗因子β不存在明顯的峰值?；诓牧系臏y試數據,提出采用GA-BFGS混合算法對多目標多參數的粘彈性模型進行參數優(yōu)化。該算法對初始參數取值無限制,收斂速度快,具有全局收斂性,

5、適合多參數多峰值優(yōu)化問題。文章對常用的STD模型、GHM模型和ADF模型進行參數優(yōu)化,綜合分析認為,ADF模型更適合作為此類瀝青阻尼片的本構關系模型。
　　 為驗證優(yōu)化所得到的ADF模型參數的有效性,采用粘貼自由層阻尼片的懸臂梁進行振動測試和有限元建模研究。懸臂梁試驗與有限元計算表明,采用ADF模型的計算結果與試驗結果吻合較好,ADF模型可以較精確的描述該類阻尼材料的本構關系。
　　 由于粘彈性材料力學特性隨頻率的變化而

6、變化,動力特性分析時難以考慮結構的頻變特性,為此,提出采用頻率迭代-模態(tài)應變能-振型疊加相結合的方法計算粘彈性結構固有頻率、阻尼比和動力響應,即采用迭代法計算復合結構的固有頻率;進而基于模態(tài)應變能法,求得模態(tài)阻尼比;最后在模態(tài)特性分析和阻尼特性分析的基礎上,采用模態(tài)疊加方法計算結構的位移響應。通過對3種不同型號的U型管以及12種不同型號尺寸的空調配管系統(tǒng)的試驗和有限元分析,研究了各種空調配管的固有特性,同時驗證了所提出的有限元計算方法的

7、適用性和可靠性。
　　 針對結構動力特性計算過程復雜耗時的特點,建立了空調配管系統(tǒng)的二次多項式響應面、高次多項式響應面、Kriging最優(yōu)內插法和BP神經網絡等四種近似模型,編制了相應的通用程序,并首次采用正交試驗設計和均勻試驗設計相結合的試驗設計模式訓練近似模型。訓練結果表明后三種近似模型都有較高的近似精度,泛化能力也很強,其中,BP神經網絡模型和Kriging模型的近似結果稍好于高次多項式響應面模型的近似結果,可以在優(yōu)化計算

8、中代替復雜耗時的有限元計算。
　　 在配管系統(tǒng)的結構優(yōu)化設計中,結構阻尼比是評價結構減振性能的一個重要指標,在其它性能參數都相同的情況下,阻尼比越大則說明結構的減振性能越好。同時配管周向環(huán)繞阻尼層后大大增加了結構的重量,也提高了設計成本。以環(huán)繞粘彈性阻尼層的空調配管系統(tǒng)質量最小,結構阻尼比最大為優(yōu)化目標,采用改進的多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ對高次多項式響應面、Kriging最優(yōu)內插法和BP神經網絡近似模型進行優(yōu)化分析。從結構阻尼

9、比和結構質量之間的Pareto曲線中可以看出,隨著阻尼層用量增加,結構的阻尼比不斷增大,當寬度和大于58mm時,阻尼比增加速度非常小,綜合考慮阻尼比和阻尼層用量,阻尼層質量應選取在140 g-160 g之間,此時結構質量增加為13.4％～29.5％,結構一階阻尼比在7.5％～10.8％。依據最優(yōu)方案的試驗驗證,環(huán)繞阻尼層后,配管系統(tǒng)的振動位移衰減可達19.8dB,加速度衰減達26dB。
　　 本文的研究工作,是空調配管仿真設計的