案例分享：PERA SIM Mechanical空调压缩机谐响应分析

本期我们将为您带来PERA SIM Mechanical空调压缩机谐响应分析经典案例

1. 问题描述

某空调压缩机由压缩机、水箱、橡胶脚垫、管路等部件组成，该空调压缩机模型如下图所示。

空调压缩机模型

在管路末端和橡胶脚垫底部施加固定支撑、压缩机内部施加20N载荷，对该压缩机进行谐响应分析，输出压缩机各频率下的位移云图，以及监测点的位移-频率响应曲线。

2. 计算模型及规模

空调压缩机、水箱、管路和橡胶脚垫支架简化为薄壁结构，橡胶脚垫为三维实体结构。并建立脚垫支架与脚垫、水箱与夹具、压缩机机体和脚垫支架之间的连接。简化后的压缩机几何模型如下图所示：

    空调压缩机简化后几何模型

对压缩机、水箱、管路和橡胶脚垫支架简化为二维板壳单元，采用低阶三角形 格划分方法，对橡胶脚垫采用低阶四面体单元 格划分方法，进行整体 格控制，并局部细化，得到 格模型。如下图所示，单元数：135543，节点数：74039。

格模型

3. 计算参数和条件

计算模型对象的材料性能参数如下：

模型的材料分布

根据模型的截面厚度及材料属性进行截面属性赋值，赋值后的模型截面属性分布如下图：

截面属性分布

计算的激励条件：在管路末端和橡胶脚垫底部施加固定支撑、压缩机内部施加20Pa载荷，系统常阻尼比0.01。

激励条件

4. 计算结果

提交求解器进行模态计算，得到前20阶模态计算结果并与ANSYS计算结果对比如下：

空调压缩机PERA SIM Mechanical模态计算结果与ANSYS计算结果对比各阶振动频率差异很小，高阶频率更为接近，各阶振型也基本一致。

进行空调压缩机在20Pa激励载荷下的正弦扫频计算，前三阶频率下的位移响应云图如下：

压缩机位移云图（17Hz）

   压缩机位移云图（18Hz）  

压缩机位移云图（29Hz）

空调压缩机管路监测点处（监测点坐标：0.20906，0.0225，0.494729）的位移响应曲线如下所示：

监测点处位移频率响应曲线（X向）

监测点处位移频率响应曲线（Y向）

监测点处位移频率响应曲线（Z向）

基于完全法与模态叠加法两种方法进行谐响应分析，第三阶频率下的位移响应云图及对应计算时长如下：

模态叠加法（用时5分45秒）       

完全法（用时8分27秒）

完全法与模态叠加法计算结果数值非常接近，但完全法耗费更多的计算时间，模态叠加法更为高效。

5. 结论

基于PERA SIM Mechanical对某空调压缩机进行模态分析和谐响应分析，通过分析获取空调压缩机的模态频率和振型，以及在正弦激励下的位移频率响应，进而帮助用户判断空调压缩机的振动力学性能。

通过与商业软件ANSYS的对比，说明PERA SIM Mechanical计算结果与ANSYS相比偏差不大，能够满足工程应用的要求，并且提供模态叠加法及完全法两种计算方法进行谐响应分析，用户可以根据计算效率及精度要求选择合适的计算方法。