响应仿真

NX Nastran动力学仿真在室外机配管优化设计中的应用

本文以某室外机配管为分析对象进行动力学仿真，该机器整改前在制热时有嗡嗡声，而且回气振动也接近测试标准的上限。采用B&K的pulse测试系统对室外机的噪音进行测试分析，发现嗡嗡声的主要频率为148HZ。对室外机制热运行时的噪音进行录音，然后对录音进行滤波，将148HZ的频率成份过滤掉，此时嗡嗡声基本消失。

采用加速度传感气对压缩机的储液罐和回气管进行振动测试，对其频谱进行分析，发现储液罐处也有148HZ的频率，并且在该频率处的振动峰值也大，回气上要小一点，用手握住回气管或者在回气管上加一块较的220×120厚度为8mm的防震胶，此时嗡嗡声会明显减小，此时低压阀安装板处的振动也明显减少。

因此我们初步判断室外机的嗡嗡声主要是通过压缩机储液罐经过回气管、低压阀连接管传递到阀安装板和钣金辐射出来的。整改方案决定通过增加回气管的柔性借助铜管的阻尼来衰减噪声，同时降低配管的振动。图1和图2分别为整改前和整改后的四通阀组件。试验测试表明，采用改进后的四通阀组件，室外机的嗡嗡声和等到明显改善，配管的振动也明显减小。下面详细描述整个配管仿真分析的过程。

1建立有限元模型

为了快速有效的分析配管的振动特性，在计算分析的过程中没有考虑压缩机的几何模型，由于压缩机是配管的振动激励源，所以在计算过程中必须考虑压缩机的影响，本文在计算过程中通过试验采用三向加速度传感器测试排气管和回气管处的振动加速度，然后将测试的振动数据进行8阶高通滤波，并通过积分将加速度数据转化为位移测试数据.通过加载压缩机的振动激励来考虑压缩机对配管的振动影响，整个配管的简化模型如图3.

1.1理想化几何模型

为了得到比较理想的网格质量，最好在建模里面先利用分割面工具()将配管用基准面将配管进行剖分，剖分后的效果如图2：利用模型理想化命令()，将模型进行理想化，去掉一些可以忽略小特征，或者采用同步建模命令()来删除不需要的特征，这对于从其它软件导入NX的模型特别有效.由于配管的壁厚较薄，因此对整个四通阀组件在分析过程中可以考虑采用壳体单元.对四通阀组件中的配管采用偏置的方法抽中面()，其结果如图4。

从理想化模型的状态回到有限元模型的状态，通常会发现中面没有显示，这时可以通过编辑有限元模型的几何体选项将中面加入进来。具体步骤如下：

在仿真航器的有限元文件名上点右键，选择编辑，在弹出的对话框中，选“选择体”，如图4，在图形窗口中框选中所有体并确定。然后在仿真导航器的Polygon Geometry 模型树上将实体特征隐藏，只显示中面特征。

1.2有限元网格划分

网格划分，分别对排气管、回气管低压阀连接管等进行网格划分，采用2D的映射网格对配管进行网格划分，这样可以得到高质量的网格。

对四通阀划分网格时，先采用2D的映射网格对其进行网格划分，对其个别面无法进行映射网格划分的，再采用自动网格进行划分。

1. 2.1 修复小面引起的网格不连续

在NX的机械布管里面进行配管设计时，在U形弯的地方，结构工程师在导圆角时通常会留下一个很小的直线段在那里，比如60的直线段，要导两个R30的圆角，在NX机械部管里导不出来，结构工程师通常会小于R30的值代替，比如R29.9，这样就留下了一个0.2mm的直线段，在生成配管后，就产生了一个0.2mm宽的圆环面。

在有限元建模画网格时如果没有选中那个小面，就会出现一个裂缝在那里，如果选中了这个小面，由于其尺寸很小，生成的网格质量也会很差，所以在有限元里面需要将这小面与其相邻的进行合并，使用合并面命令()，将裂缝处的面合并更新网格后的效果如图6。

1.2.2网格控制点的设置

为了得到较好的单元质量，最好对配管进行沿着配管的中心线逐段进行剖分，同时在划分网格时，同时在划分网格时，对网格质量较差的局部设定网格种子，对其单元数或者单元的边长进行设定。其操作菜单如图7。

1.2.3单元形状检查

对单元的形状进行检查，可以检查出形状较差的网格，并以指定的颜色标示出失效的单元，同时也可以列表统计出形状较差单元的个数。如果单元形状较差的个数较多，会造成计算结果不收敛，无法得到计算结果。图8为单元形状检查的操作路径，图9为单元形状检查的结果。

1.2.4单元法向检查

对单元的法向进行检查，如图10。对四通阀组件，在进行有限元网格划分时，通常采用壳体单元，在使用壳体单元时，一定要使整个四通阀组件的单元的法向一致，单元的法向应都向外或者都向内，否则在进行动态响应分析计算时会造成计算不收敛。对法向不一致的单元，要利用法向反向使其一致。

1.2.5 检查重复节点

在划分有限元网格后，要对重复节点进行检查，如果存在重复节点，该节点附近的单元是裂开的，没有合并在一起，需要对该重复节点进行合并。在本文分析的案例的模型中没有重复节点存在，图11是另外一个模型中有重复节点的情形，在这里只是为了说明该问题而特意列举出来.

1.2.6 建立RBE2刚性单元

在排气口和回气管与压缩机的连接处创建RBE2刚性单元，以便在进行频率响应和瞬态响应分析时施加振动加速度或者位移等强迫振动激励。具体操作步骤如下：利用建立节点命令在()先在配管的端部的圆心处建立一个节点，再点击图标()，弹出如下的对话框，形心节点选择刚刚建立的节点，分支节点选择形心对应的边。如图12。

1.2.7实体属性查询

在进行仿真计算时，通常会对四通阀进行适当的简化，为了保证四通阀的有限元网格的质量属性与实际一致，以保证计算的四通阀组件模态和与实际情况更吻合，需要进行对其质量属性进行检查。

在NX5.0高级仿真里面，划分网格后在下拉菜单上点击：信息――高级仿真――实体属性检查可以查询网格的质量属性。

在NX 6.0高级仿真里面，直接在仿真导航器的模型树上，在要查询网格的模型树上点鼠标右键选择实体属性，就可以查询到网格的质量属性。操作菜单见图13，图14为四通阀组件划分有限元网格后的有限元模型。

本文在分析过程中，网格的材料属性为铜：弹性模量=1.23×E11Pa，泊松比=0.34，密度=8.94×E 3Kg/m3。

2 配管的模态分析仿真

2.1新建一个仿真

首先新建一个仿真，在仿真导航器上有限元模型文件名上点鼠标右键，选择新建仿真，在弹出的创建解算方案中，求解器选择NX NASTRAN，解算方案类型选择SEMODES 103 –响应仿真。操作菜单如图15。