一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法技术

本发明专利技术属于冷柜设计技术领域，具体涉及一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法。该方法包括：(1)设计冷柜三维模型。(2)将冷柜模型导入CAE前处理软件，搭建冷柜整机有限元模型。(3)施加约束。(4)搭建冷柜整机的热固耦合分析模型。(5)热固耦合模型分析，得箱体的变形量和应力值。(6)判断所述箱体的变形量是否超过位移阈值；若否，则输出结构设计方案；若是，则修正步骤S1中的冷柜模型，重复迭代步骤S2

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法


[0001]本专利技术涉及冷柜设计
，具体涉及一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法。

技术介绍

[0002]随着生活水平的提高，人们对冷冻食品的需求日益增加，冷柜对食品的储藏作用愈加显著。由于冷柜箱体发泡后的冷却、制冷时的内外温差、箱体承重等原因，使冷柜箱体不可避免地会发生变形，严重的箱体变形不仅影响冷柜外观，更是影响冷柜的整机性能。
[0003]过度的箱体变形将导致冷柜出现诸多问题：首先,箱体的变形会影响到如门体的装配、抽屉和搁架的使用，严重时还会影响到冷柜箱体和门体门封条的密封性，从而影响冷柜的能效、制冷和保鲜等性能；其次，箱体变形的同时会伴随着制冷状态下内胆热应力的积聚，再加上化学物质对内胆的侵蚀、溶胀作用，使得内胆很容易出现开裂现象，从而很大程度的影响冷柜性能和使用寿命。
[0004]为了减少冷柜箱体的变形量，当前，最常采用的办法是沿箱面框的长度方向在箱面框内部或下沿处加一根加强板，加强板常用的截面形状有槽钢形、角钢形、及其他特殊形状。
[0005]目前，冷柜产品正朝着多元化方向发展，繁杂的设计任务迫切的需要新技术和新手段弥补传统设计和试验方法的不足。采用传统的设计方法，一旦发现问题，需对模具进行修改，甚至导致模具报废，需重新进行模具制作；并且试验热测试设备既耗时成本又高，很多还需制造实验样机，安装、测试、结果数据处理分析等，严重影响冷柜产品的开发周期和成本。当前，利用CAE技术对冷柜的结构场、温度场分布特点方面的具体研究较少，并且均为考虑单一因素的仿真分析，导致计算结果不够精确。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法，有效解决当前冷柜设计时仅考虑单一因素而导致计算结果不够精确的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法，包括如下步骤：
[0009]S1、采用三维软件初步设计冷柜模型。
[0010]S2、将所述冷柜模型数据导入CAE前处理软件，在CAE前处理软件中搭建冷柜整机有限元模型。
[0011]S3、在所述有限元模型的基础上，施加约束，约束冷柜的四个底脚分别在三个不同方向上的平动自由度。
[0012]S4、搭建结构场载荷工况，在步骤S3的基础上分别施加门体自重和搁物架货物满载自重载荷。
[0013]S5、搭建温度场载荷工况，在步骤S4的基础上，添加以下条件：环境温度、初始温
度、温度载荷，然后将温度场载荷放进结构场载荷工况里面的载荷步中，至此，冷柜整机的热固耦合分析模型搭建完成。
[0014]S6、将所述冷柜整机的热固耦合分析模型，提交CAE分析软件中计算，分析完成后得出计算结果，计算结果包括箱体的变形量和应力值。
[0015]S7、在CAE后处理软件中查看计算结果，判断所述箱体的变形量是否超过位移阈值。
[0016]若否，则判定为箱体的变形量满足设计要求，输出冷柜结构模型。
[0017]若是，则进一步判断所述应力值是否超过材料的屈服强度。若所述应力值超过材料的屈服强度，则输出所述应力值，找出应力值超过屈服强度的位置，进行加强优化处理。修正步骤S1中的冷柜模型，重复迭代步骤S2
‑
S7，直至箱体的变形量小于位移阈值，输出冷柜结构模型。
[0018]进一步地，步骤S2中所述搭建冷柜整机有限元模型的步骤为：
[0019]S21、进行模型简化，将复杂的特征变成简单的特征。
[0020]S22、进行有限元几何前处理，包括薄壁类零件抽取中面、去除曲面小圆角、去除曲线小圆角、去除小孔，以及检查曲面是否缺失、是否存在重复面和自由边。
[0021]S23、进行有限元网格划分。
[0022]S24、进行网格检查，包括最小单元尺寸、最大单元尺寸、长宽比、雅可比、翘曲度、倾斜角，根据CAE前处理软件中设置好的网格参数标准，将质量不合格的单元进行调整或细化。
[0023]S25、输入各零部件的材料参数，然后设置属性参数。
[0024]S26、建立连接关系，螺栓连接、铆接以及紧固连接用RBE2单元代替，发泡料与箱体内胆、发泡料与箱体外板之间采用Gaps单元连接，至此，冷柜整机有限元模型搭建完成。
[0025]进一步地，步骤S21中，将划分网格不需要或对计算结果影响可忽略的特征删除。
[0026]进一步地，步骤S22中，所述薄壁类零件包括钣金。
[0027]进一步地，步骤S23中，抽取中面后的壳单元用面网格划分，塑料件采用实体四面体网格进行划分。
[0028]进一步地，步骤S25中，所述材料参数包括弹性模量、密度、泊松比、热膨胀系数和热传导系数。
[0029]进一步地，步骤S7中，当所述箱体的变形量超过位移阈值，且所述应力值没有超过材料的屈服强度时，则输出所述应力值，找出应力值最高的位置，进行加强处理，修正步骤S1中的冷柜模型，重复迭代步骤S2
‑
S7，直至箱体的变形量小于位移阈值，输出冷柜结构模型。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031](1)本专利技术通过有限元手段建立冷柜仿真计算模型，利用热力学和结构力学原理，对其温度场和结构场耦合进行分析，从而更加精确地计算冰箱稳态工作时的变形情况和应力分布，得出冷柜变形或开裂的原因及解决方案，从而应用到冷柜产品上，提前规避风险，指导实际的设计工作。
[0032](2)与现有技术相比，该方法通过采用CAE分析技术，对冷柜建立热固耦合模型，然后对冷柜的箱体的热应力及变形进行分析，通过分析数值仿真结果，能够研发出既满足刚
度又满足强度要求的结构，有利于降低开发成本，有效地缩短冷柜结构设计的开发周期。
附图说明
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0034]图1是本专利技术中基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法的流程图。
具体实施方式
[0035]参照图1，一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法，包括以下步骤：
[0036]S1、采用三维软件初步设计冷柜模型。
[0037]S2、将步骤S1所述的三维冷柜模型数据导入CAE前处理软件中，并在CAE前处理软件中搭建冷柜整机有限元模型。
[0038]在本实施例中，所述搭建冷柜整机有限元模型的步骤包括：
[0039]S21、进行模型简化，将复杂的特征变成简单的特征，一般是把划分网格不需要或对计算结果影响可忽略的特征删除，包括螺栓、铆钉、对结构特性没有太大影响的小零部件等。
[0040]S22、进行有限元几何前处理，包括钣金等薄壁类零件抽取中面、去除曲面小圆角、去除曲线小圆角、去除小孔，以及检查曲面是否缺失、是否存在重复面和自由边等。
[0041]S23、进行有限元网格划分，抽取中面后的壳单元用面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1采用三维软件初步设计冷柜模型；S2将所述冷柜模型数据导入CAE前处理软件，在CAE前处理软件中搭建冷柜整机有限元模型；S3在所述有限元模型的基础上，施加约束，约束冷柜的四个底脚分别在三个不同方向上的平动自由度；S4搭建结构场载荷工况，在步骤S3的基础上分别施加门体自重和搁物架货物满载自重载荷；S5搭建温度场载荷工况，在步骤S4的基础上，添加以下条件：环境温度、初始温度、温度载荷，然后将温度场载荷放进结构场载荷工况里面的载荷步中，至此，冷柜整机的热固耦合分析模型搭建完成；S6将所述冷柜整机的热固耦合分析模型，提交CAE分析软件中计算，分析完成后得出计算结果，计算结果包括箱体的变形量和应力值；S7在CAE后处理软件中查看计算结果，判断所述箱体的变形量是否超过位移阈值；若否，则判定为箱体的变形量满足设计要求，输出冷柜结构模型；若是，则进一步判断所述应力值是否超过材料的屈服强度，若所述应力值超过材料的屈服强度，则输出所述应力值，找出应力值超过屈服强度的位置，进行加强优化处理，修正步骤S1中的冷柜模型，重复迭代步骤S2
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S7，直至箱体的变形量小于位移阈值，输出冷柜结构模型。2.根据权利要求1所述的基于CAE热固耦合仿真的冷柜优化设计方法，其特征在于，步骤S2中所述搭建冷柜整机有限元模型的步骤为：S21进行模型简化，将复杂的特征变成简单的特征；S22进行有限元几何前处理，包括薄壁类零件抽取中面、去除曲面小圆角、去除曲线小圆角、去除小孔，以及检查曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，杜华东，李倩，黄玉杰，王丽冉，
申请(专利权)人：澳柯玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：