진동 저감장치가 부착된 에어컨 실외기 배관의 구조해석 자동화에 관한 연구

Abstract

In the design stage, vibration analysis using CAE is performed on the compressor and piping to minimize the vibration of the piping of the outdoor unit of the air conditioner. However, this vibration analysis requires a complex preprocessing process, and designers have to repeat the same process even for a simple design change. In this study, we propose to develop an interface that automates the modal analysis and frequency response analysis process so that designers can easily and efficiently proceed with the complex preprocessing process. In a commercial CAD/CAE system environment, appropriate material properties are given to the shape models of the piping connected to the compressor, and each finite element can be automatically created as 1D, 2D, or 3D mesh. In particular, in the case of the finite element of the compressor, which is the source of vibration, through a file in which major information such as mass, moment of inertia, and vibrating force are organized, the information is assigned to the center of gravity of the compressor. The process of applying constraint conditions to the generated finite elements and setting detailed analysis methods such as mode analysis and frequency response analysis based on the analysis section of the desired frequency domain are simplified. Finally, the maximum result variable for each pipe was extracted from the analysis result file so that a report file with tables and graphs could be created. When excessive stress is found in the analysis results, the interface is implemented to minimize changes in the piping design by adding dampers and bracket elements, which are vibration reduction devices. This series of processes is user-friendly in a commercial system environment, and it is expected that the design efficiency will be improved by minimizing the repetitive analysis work of designers.|에어컨 실외기의 배관은 실제 산업체의 설계 단계에서 진동의 최소화를 위해 압축기와 배관을 대상으로 CAE를 이용한 진동 해석을 수행하는 경우가 많다. 하지만 이러한 진동해석은 대게 복잡한 전처리 과정을 요구하며 간단한 설계 변경에도 설계자들은 동일한 과정을 반복 수행하여야 한다. 본 연구에서는 설계자들이 복잡한 진동해석의 전처리 과정을 쉽고 효율적으로 진행할 수 있도록 모드 해석 및 주파수 응답 해석 과정을 자동화 하는 인터페이스를 개발을 제안한다. 상용 CAD/CAE 시스템 환경에서 압축기와 연결된 배관의 형상 모델들에 적합한 물성치를 부여하고 각각의 유한요소를 1D, 2D, 3D 메쉬로서 자동으로 생성할 수 있도록 하였다. 특히, 진동원인 압축기 유한요소의 경우, 질량 및 관성 모멘트, 가진력 등의 주요 정보가 정리된 파일을 사용하여 정보들이 압축기의 무게 중심에 일괄적으로 부여되도록 하였다. 생성된 유한요소를 대상으로 구속 조건을 부여하는 과정과 원하는 주파수 영역의 해석 구간을 바탕으로 모드 해석, 주파수응답해석 등의 세부 해석 방법을 설정하는 과정을 단순화 시켰다. 최종적으로 해석 결과 파일에서 배관별 최대 결과 변수를 추출하여 표와 그래프를 작성한 보고서 파일이 생성될 수 있도록 하였다. 해석 결과에서 과도한 응력이 발견될 때 진동 저감장치인 댐퍼 및 브래킷 요소를 추가하여, 배관 설계 변경을 최소화할 수 있게 인터페이스를 구현하였다. 이와 같은 일련의 과정들은 상용 시스템 환경에서 사용자 친화적으로 구현 되었으며 설계자들의 반복 해석 작업을 최소화 하여 설계 효율이 향상될 것으로 기대 된다.