海尔利用RADIOSS优化空调结构和包装设计

    行业：电子消费品

    挑战：如何优化空调结构和包装设计

    Altair 解决方案：利用RADIOSS碰撞理论进行空 调器结构、包装设计

    优点：节省材料 ； 结构性能更高效 ； 加快设计周期

    背景介绍 

    海尔集团创立于 1984 年，主要研发和生产冰箱、空调、洗衣机、热水器、彩 电和厨房电器等白色家电。海尔集团“秉承锐意进取的海尔文化，积极拓展业务新 领域，开辟现代生活解决方案的新思路、新技术、新产品、新服务，引领现代生活 方式的新潮流，以创新独到的方式全面优化生活和环境质量。”

随着家电市场竞争日益激烈，产品的质量、成本和开发周期越来越受到家电企 业的高度重视。计算机软件和硬件技术的不断发展，对百万以上大型模型进行求解 的效率越来越来高。利用 RADIOSS 碰撞理论进行空调器结构、包装设计，可以大 幅提高产品的可靠性，有效节约包装材料，并进行创新设计，达到行业的技术领先。    

    挑战 

    依靠工程师设计经验以及参考母本进行的空调结构、包装设计方法，往往只能 做定性的分析。当模型结构较为复杂时，定量的手工计算分析是非常困难的。单靠 工程经验进行的设计方法存在过度使用材料，或强度欠佳等问题，已远远不能满足 家电行业快速发展的需要。 

    

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    “利用RADIOSS的多CPU技术、质量缩放技术进行跌落分析，计算效率更高；计算结果更准确，不受CPU核数的影响。” 

                                                                                                               陈运东

                                                                                                               主任工程师

                                                                                                               青岛海尔空调器有限总公司                                                                                                               

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    解决方案

    包装设计中最常用的是蜂窝纸板，蜂窝纸板是典型的各向异性蜂窝材料，在受到轴向压缩的过程中会依次产生的线弹 性变形、弹性屈曲、塑性坍塌和脆性破坏等几个过程。截取标准大小的蜂窝纸块进行轴向静压，获得压缩力与压缩行程曲线。虚拟压缩试验获得的压缩力-形程曲线与试验测试曲线的高度吻合，证明了蜂窝纸材料模型数据的准确性。

    采用2D单元、3D六面体单元以及少数4面体单元对STP格式的水晶空调结构模型进行离散化处理，并进行各部件装配连接，得到水晶空调机以及包装结构的有限元离散模型。

    按照企业内部抗跌落标准的高度，赋予整个模型初始速度，并添加重力加速度以创建跌落工况。将调整好的模型数据 提交RADIOSS显式动力学求解器进行求解。

    分析整个仿真结果动画可知，机器角部结构强度设计不够，导致机器角部跌落过程中，出现了明显的大变形，局部塑 性应变达到了40.2%；其次，包装垫块厚度太小，使用机器在跌落过程中过早地“硬”触地；设计包装垫块时，对机器结构没有进行合理的避让，故使机器底盘中部向内凹陷进去。根据局部部件破损情况及上述原因分析，分别对机器结构、包装结构进行改进设计。    

    将改进后的设计模型数据再次针对该恶劣角跌工况进行仿真验证，改进设计方案里机器角部结构强度得到了加强，机器角部跌落过程中，局部塑性应变降为0%，机体结构没有永久变形。   

    结论 

     利用RADIOSS对空调器的结构、包装进行辅助设计具有以下优势和特点： 

     1)可以快速、准确找到造成部件失效的原因 

     由于碰撞、跌落是在时间极短的瞬间完成，造成部件失效的原因往往发生在跌落的过程中，而工程师往往只能看到物 料样机实验结果；利用后处理软件不仅可以重现跌落过程，而且可以提取每个时间点的各部件应力、应变、位移等物性参数，帮助工程师进行分析。

     2)结构材料分布和包装材料的使用更合理 找

     到了真正造成部件失效的原因，就可以合理的使用材料进行设计，有效节约了设计成本。 

     3)空调结构和包装设计更高效、更节省成本 

     通过虚拟样机的分析，省去了大部分制作物理样机、物理实验的环节。使设计更高效，同时节约了制作样机、实验测 试的成本。  

     4)求解器的高效、准确、稳定 

     利用RADIOSS的多CPU技术、质量缩放技术进行跌落分析，计算效率更高；计算结果更准确，不受CPU核数的影 响。

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