圓柜內(nèi)機(jī)緩沖襯墊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫百會(huì)，葉子平，李燕華，張雄飛，王領(lǐng)，雷子龍

圓柜內(nèi)機(jī)緩沖襯墊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫百會(huì)1,2,3，葉子平1,2,3，李燕華1,2,3，張雄飛1,2,3，王領(lǐng)1,2,3，雷子龍1,2,3

（1.珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519000；2.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海 519000；3.廣東省制冷設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海 519000）

基于有限元軟件研究圓柜內(nèi)機(jī)包裝件靜態(tài)載荷下的力學(xué)特性，并進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用CREO建立三維模型、ANSYS Workbench建立有限元模型，對(duì)圓柜內(nèi)機(jī)包裝件進(jìn)行靜力學(xué)分析。以上緩沖襯墊的5條筋條厚度和2側(cè)壁厚作為設(shè)計(jì)變量，以上緩沖襯墊的質(zhì)量、包裝件的最大變形量和最大等效應(yīng)力作為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化模型。基于OSF試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和Kriging模型，采用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化前的包裝件最大變形量為1.511 3 mm，最大等效應(yīng)力為0.327 6 MPa。優(yōu)化后包裝件的筋條和側(cè)壁厚度顯著降低，上緩沖襯墊質(zhì)量減少了27%，整體強(qiáng)度無(wú)顯著降低。建立的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法合理且Kriging模型精度較高，在保證緩沖防護(hù)效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)，降低了包裝成本。

有限元分析；多目標(biāo)優(yōu)化；Kriging模型；最優(yōu)空間填充設(shè)計(jì)

運(yùn)輸包裝能在流通過(guò)程中保護(hù)產(chǎn)品并避免載荷破壞。如果包裝設(shè)計(jì)不合理，極易造成產(chǎn)品磨損、磕碰甚至斷裂破損無(wú)法使用[1]。空調(diào)作為一種常見的家電產(chǎn)品，因國(guó)內(nèi)物流環(huán)境惡劣且空調(diào)質(zhì)量大、價(jià)格貴。為避免包裝失效引發(fā)產(chǎn)品破損，包裝采用裕量設(shè)計(jì)。根據(jù)《塑料加工業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)意見》堅(jiān)持“五化”（功能化、輕量化、精密化、生態(tài)化、智能化）技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向，包裝輕量化是發(fā)展趨勢(shì)。

CAE技術(shù)不斷發(fā)展，越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外學(xué)者將其應(yīng)用于產(chǎn)品的力學(xué)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。如馬瑞博等[2]對(duì)電暖氣包裝件進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了緩沖保護(hù)性能；董靜等[3]對(duì)空調(diào)內(nèi)機(jī)緩沖襯墊進(jìn)行優(yōu)化，滿足緩沖防護(hù)要求實(shí)現(xiàn)了包裝輕量化設(shè)計(jì)；閻帥等[4]將響應(yīng)面法應(yīng)用于液晶電視包裝件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品破損率的同時(shí)節(jié)約了材料；張皓佳[5]將多目標(biāo)遺傳算法應(yīng)用于燃?xì)庠畹膬?yōu)化設(shè)計(jì)，提高總體緩沖性能的同時(shí)質(zhì)量減輕了4%。Lim等[6]將多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化應(yīng)用于在空間框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中；Pmar等[7]將采用遺傳算法對(duì)滾筒洗衣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，改善了振動(dòng)特性。

1 圓柜內(nèi)機(jī)堆碼仿真分析

1.1 幾何模型建立

試驗(yàn)對(duì)象是某型號(hào)圓形柜內(nèi)機(jī)（下文全部簡(jiǎn)稱為圓柜），圓柜簡(jiǎn)化為378 mm（直徑）×1 717 mm的圓柱體；紙箱幾何尺寸為2 028 mm×521 mm×502 mm；壓力板尺寸為2 800 mm×1 200 mm×100 mm。使用Creo軟件建立圓柜包裝件的幾何模型，見圖1。

1.2 材料參數(shù)設(shè)置

包裝件整體涉及ABS、EPS、瓦楞紙板和Stainless Steel 4種材料，材料參數(shù)見表1。

圖1 圓柜包裝件幾何模型

表1 材料參數(shù)

Tab.1 Material parameter

1.3 計(jì)算參數(shù)設(shè)置

1.3.1 接觸設(shè)置

圓柜與上下緩沖襯墊、上下緩沖襯墊之間采用綁定接觸，紙箱與上下緩沖之間采用摩擦接觸，摩擦因數(shù)為0.12。

1.3.2 網(wǎng)格劃分

壓力板、圓柜、緩沖襯墊采用實(shí)體四面體網(wǎng)格，紙箱采用殼體四邊形網(wǎng)格。緩沖襯墊的網(wǎng)格大小為25 mm，壓力板、圓柜和紙箱的網(wǎng)格大小為30 mm。網(wǎng)格劃分后總共有節(jié)點(diǎn)405 138個(gè)，網(wǎng)格數(shù)168 785個(gè)，有限元模型見圖2。

記得春節(jié)團(tuán)聚時(shí)，飯后家人陪著父母打麻將，妹妹卻繼續(xù)她20年的備課習(xí)慣。我問(wèn)妹妹天天講相同的課還需準(zhǔn)備？她說(shuō)，只有厚積薄發(fā)與時(shí)俱進(jìn)才能常講常新百聽不厭。她在研修國(guó)學(xué)的同時(shí)，教學(xué)之外唯一穩(wěn)定的活動(dòng)是參加主流社會(huì)的國(guó)學(xué)交流，這就是她做的課外功夫。

圖2 圓柜包裝件有限元模型

1.3.3 定義載荷與約束

載荷計(jì)算式見式（1）。

式中：為載荷力，N；為安全系數(shù)；為樣品毛質(zhì)量，kg；為最大堆碼層數(shù)；取9.8 kg/s2。

由式（1）計(jì)算得出載荷力為9 172.8 N。將載荷力均勻地作用在壓力板的上表面，方向垂直向下；下壓力板底面設(shè)置為固定約束，見圖3。

1.4 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析

為避免緩沖襯墊網(wǎng)格尺寸影響仿真結(jié)果準(zhǔn)確性，進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析。將緩沖襯墊設(shè)置8組網(wǎng)格尺寸進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果見表2和圖4。

由圖4可知，網(wǎng)格尺寸處于30～20 mm，包裝件的最大等效應(yīng)力與總變形值趨近平緩，且計(jì)算時(shí)間較合理；網(wǎng)格尺寸小于15 mm時(shí)，計(jì)算時(shí)間急劇增長(zhǎng)，計(jì)算成本較高。綜合考慮仿真精度和計(jì)算成本，不采用提高仿真精度而減小網(wǎng)格尺寸的方案[8]，最終選擇緩沖襯墊網(wǎng)格尺寸為25 mm。

圖3 載荷約束施加

1.5 仿真分析結(jié)果

利用Workbench對(duì)有限元模型進(jìn)行求解，得到圓柜包裝件的等效應(yīng)力和總變形云圖，見圖5。由圖5可知，包裝件最大變形發(fā)生在紙箱頂部，最大變形量為1.511 3 mm。上壓板使包裝件整體受力更加均勻，無(wú)變形不均，扭曲、傾斜趨勢(shì)[4]。包裝件最大等效應(yīng)力集中在紙箱左側(cè)端面，為0.327 6 MPa。因紙箱承受大部分應(yīng)力，緩沖襯墊尤其是內(nèi)部支撐筋條所受到的等效應(yīng)力較小，有很大的優(yōu)化空間。

表2 仿真結(jié)果

Tab.2 Simulation results

圖4 仿真結(jié)果對(duì)比

圖5 堆碼仿真分析

2 圓柜內(nèi)機(jī)緩沖襯墊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

緩沖襯墊的優(yōu)化設(shè)計(jì)存在很多影響因素，如工藝、成本、性能等，屬于多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。多目標(biāo)優(yōu)化，就是在多個(gè)子目標(biāo)中協(xié)調(diào)尋求一個(gè)折中的集合，使各個(gè)子目標(biāo)都盡可能達(dá)到最優(yōu)化[9]。

圓柜內(nèi)機(jī)緩沖襯墊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路如下所示：首先確明確影響優(yōu)化目標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)化模型建立并完成有限元分析；然后選取試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法形成樣本空間，完成響應(yīng)值計(jì)算；再通過(guò)樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建響應(yīng)面模型并評(píng)估相關(guān)參數(shù)；最后通過(guò)優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，完成優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)流程見圖6。

圖6 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

2.1 優(yōu)化模型建立

選取上緩沖襯墊的5個(gè)筋條厚度、兩側(cè)壁厚作為設(shè)計(jì)變量，見圖7。利用ANSYS SCDM模塊對(duì)上緩沖襯墊進(jìn)行參數(shù)化。將最大等效應(yīng)力、最大總變形量及上緩沖襯墊的質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量的尺寸取值范圍作為約束條件，建立圓柜緩沖襯墊優(yōu)化模型。結(jié)合其他柜機(jī)緩沖襯墊尺寸、堆碼分析結(jié)果，設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)取值見表3。

圖7 設(shè)計(jì)變量

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，特別是計(jì)算的設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)直接決定響應(yīng)面模型的構(gòu)造精度，為了提高近似響應(yīng)函數(shù)（響應(yīng)面）的精度，試驗(yàn)樣本獲取需遵從試驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[10]。試驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般包括中心組合設(shè)計(jì)、箱式貝恩肯設(shè)計(jì)、拉丁超立方設(shè)計(jì)、最優(yōu)空間填充設(shè)計(jì)（OSF）等幾種方法[11]。最優(yōu)空間填充設(shè)計(jì)是優(yōu)化的拉丁超立方采樣設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)空間中平均分配設(shè)計(jì)參數(shù)，以更好地填充參數(shù)空間，提供較合理的試驗(yàn)方案。

采用最優(yōu)空間填充設(shè)計(jì)對(duì)上緩沖襯墊的6個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，共45組樣本設(shè)計(jì)點(diǎn)，見表4。

表3 參數(shù)取值范圍

Tab.3 Range of control parameters

表4 樣本試驗(yàn)結(jié)果

Tab.4 Test results of samples

2.3 Kriging模型建立

響應(yīng)面是通過(guò)數(shù)據(jù)的最佳擬合曲線，使用擬合曲線代替數(shù)據(jù)。Kriging響應(yīng)面具有較好的全局?jǐn)M合精度，可通過(guò)相關(guān)函數(shù)作用，比較精確地建立設(shè)計(jì)變量與響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，以較低的計(jì)算成本解決優(yōu)化問(wèn)題[12-14]。

結(jié)合最優(yōu)空間填充設(shè)計(jì)（OSF）試驗(yàn)方法，Kriging模型具有更高的擬合精度。同時(shí)隨機(jī)選取3個(gè)樣本點(diǎn)的均方根誤差（RMSE）檢驗(yàn)Kriging模型的精度。結(jié)果顯示其RMSE值均小于0.01，表明構(gòu)造的Kriging模型精度較高。

圖8為設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)的響應(yīng)面模型。由圖8 可知，筋條厚度、側(cè)壁厚度與質(zhì)量為線性關(guān)系，與最大等效應(yīng)力、最大總變形量為非線性關(guān)系。隨著筋條厚度的減小，質(zhì)量隨之減小，最大應(yīng)力逐漸增加。

圖8 響應(yīng)面模型

圖9為各設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)之間的靈敏度分析圖，表示結(jié)構(gòu)性能參數(shù)對(duì)各設(shè)計(jì)變量變化的敏感程度[13]。由圖9可知，質(zhì)量與設(shè)計(jì)變量成正比，側(cè)壁厚度（6）對(duì)質(zhì)量影響最大；最大變形量和最大應(yīng)力與設(shè)計(jì)變量成反比，筋條厚度（5）的影響最大，筋條厚度1（1）及筋條厚度2（2）的影響較小。

圖9 設(shè)計(jì)變量靈敏度分析結(jié)果

2.4 優(yōu)化結(jié)果

采用多目標(biāo)遺傳算法（MOGA）進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，設(shè)置最大允許的Pareto比例為70%，初始樣本點(diǎn)為600，最大迭代次數(shù)為20。計(jì)算完成后得到3組最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)，如表5所示。綜合考慮3組候選設(shè)計(jì)點(diǎn)，選取候選點(diǎn)3作為多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。確定圓整后的7個(gè)設(shè)計(jì)變量尺寸依次為33、36、34、38、25、23、23 mm。

3 優(yōu)化后堆碼仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證

將圓整后的優(yōu)化筋條尺寸重新建模然后進(jìn)行堆碼仿真分析，等效應(yīng)力和總變形云圖見圖10。由圖10可知，優(yōu)化后包裝件最大變形發(fā)生在紙箱頂部，最大變形量為1.699 9 mm。包裝件最大等效應(yīng)力集中在紙箱前面頂部，為0.368 7 MPa。

對(duì)優(yōu)化后的圓柜包裝件進(jìn)行堆碼試驗(yàn)驗(yàn)證，依據(jù)GB/T 4857.4—2008的要求進(jìn)行試驗(yàn)，見圖11。試驗(yàn)后包裝件變形量為1.87 mm，仿真準(zhǔn)確性達(dá)90%以上，有限元仿真結(jié)果真實(shí)可靠。

為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化后圓柜包裝件的緩沖防護(hù)性能，模擬包裝運(yùn)輸中可能造成的傷害，進(jìn)行踩踏、傾翻和跌落試驗(yàn)驗(yàn)證。

表5 優(yōu)化設(shè)計(jì)候選點(diǎn)

Tab.5 Candidate point of optimization design

圖10 優(yōu)化后包裝件堆碼仿真分析

圖11 優(yōu)化后圓柜包裝件堆碼試驗(yàn)

踩踏試驗(yàn)時(shí)，將包裝件平放在平整的水泥地面上，由一位體質(zhì)量為100 kg的測(cè)試員（可手提重物以達(dá)到預(yù)定體質(zhì)量）穿上堅(jiān)硬的鞋子站在圓柜包裝件頂部來(lái)回踩踏2次。試驗(yàn)后，包裝箱無(wú)破損，圓柜整體外觀完好，通電后功能正常，見圖12。

傾翻試驗(yàn)時(shí)，將包裝件豎直放置在水平地面上，在高于圓柜包裝件重心的適當(dāng)位置上施加水平推力，傾斜包裝件直至重力線通過(guò)底面棱使包裝件自然失去平衡，傾翻到水平地面上。試驗(yàn)后，通電后功能正常，樣機(jī)外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好，無(wú)斷裂、明顯變形現(xiàn)象，拆機(jī)結(jié)構(gòu)見圖13a。

跌落試驗(yàn)時(shí)，將圓柜包裝件按照高度為250 mm的“1角3棱6面”的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)后，通電后功能正常，樣機(jī)外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好，無(wú)斷裂、明顯變形現(xiàn)象，拆機(jī)結(jié)構(gòu)見圖13b。

踩踏、傾翻和跌落試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的包裝緩沖防護(hù)性能符合要求。對(duì)比優(yōu)化前后的結(jié)果可知，優(yōu)化前上襯墊質(zhì)量為2.34 kg，優(yōu)化后為1.70 kg，減少了0.64 kg，占優(yōu)化前上襯墊質(zhì)量的27%；優(yōu)化后包裝件的最大變形量與最大應(yīng)力雖然有所增加，但仍處于允許范圍內(nèi)。

圖12 優(yōu)化后圓柜包裝件踩踏試驗(yàn)

圖13 試驗(yàn)后圓柜結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用ANSYS Workbench對(duì)圓柜內(nèi)機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)分析，并基于Kriging模型與多目標(biāo)遺傳算法對(duì)上緩沖襯墊進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后包裝件的結(jié)果可知，在滿足緩沖防護(hù)的前提下，圓柜內(nèi)機(jī)包裝件的質(zhì)量降低了27%，達(dá)到了包裝輕量化的目的。

[1] 侯曉琳. 基于有限元分析的空調(diào)內(nèi)機(jī)運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱商業(yè)大學(xué), 2019.

HOU Xiao-lin. Transport Packaging Design of Air-Conditioning Indoor Unit Based on Finite Element Analysis[D]. Harbin: Harbin University of Commerce, 2019.

[2] 馬瑞博, 李燕華, 牛美亮, 等. 電暖器包裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 包裝工程, 2021, 42(5): 148-156.

MA Rui-bo, LI Yan-hua, NIU Mei-liang, et al. Simulation Analysis and Test Verification of Packaging Structure Optimization of Electric Heater[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(5): 148-156.

[3] 董靜, 李斌, 侯曉琳. 空調(diào)緩沖襯墊有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2020, 41(13): 90-94.

DONG Jing, LI Bin, HOU Xiao-lin. Finite Element Analysis and Optimization Design of Air-Conditioner Cushion[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(13): 90-94.

[4] 閻帥, 李光. 液晶電視包裝件有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2017, 38(1): 121-127.

YAN Shuai, LI Guang. Finite Element Analysis and Optimization Design of LCD TV Package[J]. Packaging Engineering, 2017, 38(1): 121-127.

[5] 張皓佳. 廚電產(chǎn)品緩沖包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究[D]. 西安: 陜西科技大學(xué), 2019: 42-58.

ZHANG Hao-jia. Optimal Design and Application of Buffer Packaging for Kitchen Appliances[D]. Xi'an: Shaanxi University of Science & Technology, 2019: 42-58.

[6] LIM J, YOU C, DAYYANI I. Multi-Objective Topology Optimization and Structural Analysis of Periodic Space Frame Structure[J]. Material and Design, 2020, 108: 552-568.

[7] PMAR B, MUTLU G. Dynamic Modeling of a Horizontal Washing Machine and Optimization of Vibration Characteristics Using Genetic Algorithms[J]. Mechatronics: The Science of Intelligent Machunes, 2013, 23(6): 581-593.

[8] 黃山, 徐偉, 張喻捷, 等. 基于Ansys Workbench的往復(fù)吊廂吊桿網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械, 2022(1): 62-66.

HUANG Shan, XU Wei, ZHANG Yu-jie, et al. Grid Independence Analysis of Derrick of Reciprocating Car Based on Ansys Workbench[J]. Hoisting and Conveying Machinery, 2022(1): 62-66.

[9] 肖曉偉, 肖迪, 林錦國(guó), 等. 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的研究概述[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2011, 28(3): 805-808.

XIAO Xiao-wei, XIAO Di, LIN Jin-guo, et al. Overview on Multi-Objective Optimization Problem Research[J]. Application Research of Computers, 2011, 28(3): 805-808.

[10] 蔡蕓, 彭亮, 劉學(xué), 等. 波輪式洗衣機(jī)脫水桶的結(jié)構(gòu)分析與多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械強(qiáng)度, 2018, 40(1): 227-232.

CAI Yun, PENG Liang, LIU Xue, et al. Structural Analysis and Multi-Objective Optimization Design of Dewatering Barrel of Pulsator Washing Machine[J]. Journal of Mechanical Strength, 2018, 40(1): 227-232.

[11] 隋允康, 宇慧平. 響應(yīng)面方法的改進(jìn)及其對(duì)工程優(yōu)化的應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011.

SUI Yun-kang, YU Hui-ping. Improvement of Response Surface Method and Its Application to Engineering Optimization[M]. Beijing: Science Press, 2011.

[12] 胡明揚(yáng), 彭珍瑞, 王增輝, 等. 基于Kriging模型的吸開裝置減振多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 噪聲與振動(dòng)控制, 2021, 41(6): 67-70.

HU Ming-yang, PENG Zhen-rui, WANG Zeng-hui, et al. Multi-Objective Optimization of Vibration Reduction of Suction-Opening Devices Based on Kriging Model[J]. Noise and Vibration Control, 2021, 41(6): 67-70.

[13] 宋全剛, 王琦, 張承, 等. 基于ANSYS分析的水冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 流體機(jī)械, 2022, 50(4): 65-70.

SONG Quan-gang, WANG Qi, ZHANG Cheng, et al. Multi-Objective Optimization of a Water-Cooled Heatsink Based on ANSYS Analysis[J]. Fluid Machinery, 2022, 50(4): 65-70.

[14] 李奇涵, 孟楷博, 韓小亨, 等. 基于Kriging模型的鋼鋁異質(zhì)板料無(wú)鉚釘鉚接結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 鍛壓技術(shù), 2022, 47(1): 36-42.

LI Qi-han, MENG Kai-bo, HAN Xiao-heng, et al. Optimization on Structural Process Parameters in Clinching for Steel-Aluminum Heterogeneous Sheets Based on Kriging Model[J]. Forging & Stamping Technology, 2022, 47(1): 36-42.

[15] 伍建軍, 謝周偉, 黃裕林, 等. 基于田口方法柔性鉸鏈應(yīng)力對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度分析[J]. 機(jī)械強(qiáng)度, 2016, 38(2): 252-258.

WU Jian-jun, XIE Zhou-wei, HUANG Yu-lin, et al. Sensitivity Analysis on Stress of Flexible Hinges to Design Parameters Based on Taguchi Method[J]. Journal of Mechanical Strength, 2016, 38(2): 252-258.

Multi-objective Optimization Design of Cushion for Inner Unit of Circular Cabinet Air Conditioner

SUN Bai-hui1,2,3, YE Zi-ping1,2,3, LI Yan-hua1,2,3, ZHANG Xiong-fei1,2,3, WANG Ling1,2,3,LEI Zi-long1,2,3

(1.Gree Electric Appliances, Inc. of Zhuhai, Guangdong Zhuhai 519000, China; 2. State Key Laboratory of Air-conditioning Equipment and System Energy Conservation, Guangdong Zhuhai 519000, China; 3. Guangdong Key Laboratory of Refrigeration Equipment and Energy Conservation Technology, Guangdong Zhuhai 519000, China)

Thework aims to study the mechanical characteristics of the inner package of circular cabinet air conditioner under static load based on the finite element software, and carry out multi-objective optimization design. A three-dimensional model was established by CREO and a finite element model was established by ANSYS Workbench to carry out static analysis on the inner package of circular cabinet air conditioner. The multi-objective optimization model was established with the thickness of 5 ribs and 2 side walls of the upper cushion as design variables and the mass of the upper cushion, maximum deformation and maximum equivalent stress of the package as the objective functions. Based on OSF experiment design method and Kriging model, multi-objective optimization design was carried out by multi-objective genetic algorithm. The maximum deformation of the package before optimization was 1.511 3 mm, and the maximum equivalent stress was 0.327 6 MPa. After optimization, the thickness of the ribs and side walls of the package decreased significantly, the mass of the upper cushion decreased by 27%, and the overall strength did not decrease significantly. The multi-objective optimization design method established is reasonable and the Kriging model has high accuracy. On the basis of ensuring the cushioning protection effect, the lightweight design is realized and the packaging cost is reduced.

finite element analysis; multi-objective optimization; Kriging model; optimal space filling design

TB482.2

A

1001-3563(2023)13-0208-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.13.025

2022?10?21

珠海市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)課題研究項(xiàng)目（ZH22017003200007PWC）

孫百會(huì)（1996—），女，碩士，主要研究方向?yàn)槲锪鬟\(yùn)輸包裝及仿真優(yōu)化。

李燕華（1989—），男，博士，主要研究方向?yàn)闆_擊動(dòng)力學(xué)。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋