MeshFree|空调导板热变形分析
在空调导板的方案迭代过程中，使用MeshFree进行热变形仿真，实现了方案的快速迭代，提高了设计效率。
1.引言
通用有限元软件，虽然已经普遍应用于空调设计的各个环节，但是繁琐的前处理工作限制了CAE工程师发挥更大的价值。尤其是设计方案迭代过程中，需要不断调整结构，相应地，仿真工程师也需不断重复前处理工作。家电产品迭代较快，新产品开发周期短，且关键零部件需经历多次方案迭代。基于以上原因，开始尝试一些能提高仿真效率的仿真软件。
midas MeshFree仿真软件计算过程简单、高效，有助于缩短设计周期。本案例尝试利用无网格划分软件midasMeshFree进行空调导板的热变形仿真。空调出风口的导板动作，可实现出风口的开合，本案例的模型如图1所示。
导板由电机直接驱动，且导板与出风框存在轴孔配合，辅助实现导板的转动，局部细节如图2所示。方案设计时，需要考虑制热工况下导板与出风框的变形，是否导致运动功能或者结构失效。2.MeshFree无网格划分技术及原理
无网格划分软件midas MeshFree在实体仿真领域开发的全新CAE有限元软件，它基于隐式边界法(IBM，Implicit Boundary Method)，不需要进行模型简化和网格划分操作，程序会自动划分出非常规整的结构化网格。
MeshFree采用的是隐式边界法(IBM)。假设图3所示为一个平面问题，首先在分析对象上面覆盖网格，网格单元非常的规则，称为结构化网格。
这些单元可以分为三大类，一种是在分析对象外部的，即图3的黄色部分，称为外部单元,对于外部单元，程序不进行计算。一种是在分析对象内部的，即图3的蓝色部分，称为内部单元。第三种是处于边界的单元，和分析对象有部分重叠，称为边界单元。边界单元又可以分两种，一种是含有位移边界条件的，即图3的红色单元；一种是不含位移边界条件的，即图3的紫色单元。构造位移函数如下: (3)式中D函数里面的
函数是用来描述边界的，是隐式方程。当
时，D函数的值为0，表示在边界上或分析对象外面；当
时，δ为较小的常数，一般
或者更小，表示在靠近边界的窄带范围内；
时，表示在分析对象内部。
实际上，对于midas MeshFree，求解的问题都是三维的，将上述推导方法向三维空间扩展即可。 因此，MeshFree软件在分析时完全省去了网格划分的过程，只需导入三维CAD模型、添加荷载和边界以及后处理三个步骤即可完成分析，降低了有限元分析的难度。并且，使用MeshFree进行分析不仅能够加快分析效率，还能够保证计算结果的准确性。
3 热变形仿真分析
MeshFree的操作较为简单，不再详述建模过程。导入模型后，依次完成赋材料、加螺钉约束、建立接触及加温度边界条件四步关键操作。其中，假设零件上的温度是均匀且相同的，分别设置零部件的温度，如风道内部温度，外部温度。 图4与图5所示为本案例的仿真结果。导板受热变形后，转轴从转动孔中滑出，可能会导致失效。
为校验仿真结果，在通用有限元软件里建立了详细的网格模型及接触，出风框的局部变形结果如图6所示，两孔之间的距离减少约3.2mm；相应地，MeshFree软件的仿真结果如图7所示，两孔之间的距离减少约2.8mm。导致数值差异的主要原因在于图6模型里定义了详细的接触。
基于以上仿真结果，在MeshFree中尝试不同的螺钉约束方案，最终消除了出风框变形过大问题。 六面体网格的建模及仿真耗时约8小时，MeshFree软件的建模及仿真耗时约1小时左右。所以，在设计前期的方案迭代阶段，MeshFree能够明显提高仿真效率。
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