姓名：李刚
学号：150324
分数：
研究生课程考试成绩单
（试卷封面）
任课教师签名：
气泡垫日期：
注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。加热平台
2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。
3. 学位课总评成绩以百分制计分。
摘要
古书装订
滚筒洗衣机的振动和噪声是洗衣机稳定运行的重要指标，洗衣机振动不仅产生很大的噪声，而且对洗衣机机械与电器部件的寿命产生很大影响。由于洗衣机的结构特点，在整体的内部有各种各样的部件，同时衣物在洗衣机运行过程中随机形成不平衡质量，所以洗衣机在工作过程中的振动不可避免。同时由于洗衣机的结构是弹性悬挂系统，而且连接状态复杂，属多自由度复杂的非线性振动，因此从结构优化角度对于洗衣机振动分析和减振设计一直需要探讨更为有效的理论建模方法。
本文采用有限元分析法对小天鹅超大容量滚筒洗衣机的箱体进行了模态分析。模态分析能够得到模型的固有频率及振型等相关信息，通过模态试验分析对比验证理论模型正确性，因而能较全面反映了洗衣机整机的振动特性，并能根据洗衣机结构设计对可能形成的振动进行预测，从而实现设计方案的优化。主要包括以下内容：
1) 用有限元软件ANSYS 模拟洗衣机箱体的实际振动情况，并进行了振动模态分析，系统研究了洗衣机箱体的振动规律，获得了洗衣机箱体的固有频率和振型，确定实际系统结构的固有频率的范围，为进一步研究洗衣机的结构优化和动态响应奠定了基础。研究结果表明，振型主要表现为侧面板不同模态阶数下沿Y 方向发生的二阶弯曲振动，沿Z 方向发生的二阶弯曲振动以及沿其对角线方向的二阶弯曲振动。
2) 从减振设计的角度，对于洗衣机箱体进行了结构设计改进，从而显著增加的整体
刚度。根据模态分析理论，采用有限元软件对洗衣机改进前后洗衣机箱体进行计算求解。通过对模态的分析和研究，预测箱体在某一频域内各阶模态振型及其频率，评定改进后其动态特性能否满足设计要求，进而为洗衣机箱体结构的合理设计提供了依据。
关键词：滚筒式洗衣机，有限元，振动，模态分析，结构设计
1．前言
振动是反映洗衣机性能好坏的一个重要指标，滚筒式洗衣机在运行过程中由于衣物的不平衡分布，会使洗涤筒受到变载荷与变方向惯性力激励的作用，这种激励可以引起整机的剧烈振动。整机的振动不仅产生很大的噪音，而且对洗衣机机械与电器部件的寿命产生影响，因此，控制振动是非常必要的。洗衣机的振动过程代表了一类工程问题，这一类问题的共同点是，振动的激励源来自系统的结构内部，各个部分通过弹性连接组成运动系统，所以会出现非常复杂的运动状态。本章针对滚筒式洗衣机复杂非线性振动特点，结合洗衣机结构的设计，采用ANSYS 有限元技术分析滚筒式洗衣机在工作过程中的振动情况，通过模态分析实现洗衣机箱体结构振动过程的仿真分析，获得洗衣机模型固有频率及振型等相关信息，为滚筒式洗衣机振动分析和减振控制提供一种有效可行的理论分析方法。
模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法。计算模态分析从机械、结构的几何特性与材料特性等原始参数出发，采用有限元法形成系统的离散数学模型—质量矩阵和刚度矩阵，然后通过求解特征值问题，确定系统的模态参数。由模态迭加法，可以分析机械、结构在已知外载荷作用下的动态响应或动态稳定性问题。模态分析的基本思想是将描述机械、结构动态性能的矩阵方程解耦，从而使N 自由度系统的动力学特性可以用单自由度系
统来表示。模态分析的核心内容是确定用以描述结构系统动态特性的固有频率、阻尼比和振型等模态参数。模态分析可以用来确定模型或结构的振动特性。通过模态分析，我们能够得到模型的自然频率(固有频率)、振型以及振型参与系数（即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）。
模态分析能够使我们在设计模型结构时尽量避免模型发生共振或以特定频率进行振动；使设计人员可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的，从而有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）。
该分析的结果对于实际工程设计有关参数的选择（如激振频率的确定、共振现象的避免与利用等）及进一步的动力分析都很重要，因为结构的基本频率和模态信息能够反映动态响应特性。模态分析也是其他动力学分析的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析的起点，所以在准备进行其它动力分析之前一般都要首先进行模态分析。
ANSYS 软件是美国Swanson公司推出的融结构、流体、电磁、热、声学为一体的大型通用有限元分析软件，与其他大型有限元分析软件相比，其最突出的特点是友好的程序—用户界面，完整强大的图形交互能力，从而极大地方便了用户的操作。它拥有丰富的单元库和材料库，用户可以根据具体的分析对象选取合理的剖分单元及材料特性，除此之外，用户还可以自定义材料特性，以满足特殊情况的需要。ANSYS能够高效的求解各种复杂结构的静力、动力、振动、线性和非线性、模态分析、谐波响应分析、断裂力学等问题。它具有完善的前后处理模块和强大的数据接口，因而是计算机辅助工程(CAE)、工程数值分析和仿真的有效工具。
2．原洗衣机箱体的模态分析
2.1 建立几何模型
洗衣机是由若干个零部件组成的复杂的机器系统，在计算分析时，首先要做出较为合理的力学模型，使其既有利于理论分析计算，又能够满足工程上的精度要求。根据洗衣机的Pro E 模型以及实物，在Ansys 中建立了洗衣机箱体的分析模型，如图1 所示。去掉前门的模型图2 所示，去掉前面板后的模型图3 所示。
图1 洗衣机的分析模型一
图2 洗衣机的分析模型二
图3 洗衣机的分析模型三
ic编带2.2 划分网格
为所有的平面设定好单元类型、参数集合以及截面类型(如果需要)后，对模型进行网格划分。为了得到更好的计算精度以及计算速度，本模型完全采用手工划分网格。为所有的平面设定好单元类型、参数集合以及截面类型后，对模型进行网格划分。网格的形状、大小以及数量的多少对有限元的分析结果有很大的影响，使用ANSYS 提供的自动划分网格功能往往无法得到形状较好的网格以至于影响计算精度，有时甚至无法完成计算。因此，为了得到更好的计算精度以及计算速度，本模型完全采用手工划分网格。手工划分网格能够通过对网格单元的尺寸、形状及划分方法等参数进行控制，从而得到整体上更为优化的网格划分，并可以进一步对模型形状复杂的部分进行细化，使得有限元分析的速度和精度都能得到大幅提高。对洗衣机模型的网格划分如图4 所示，在此模型中，我们一共划分了2549 个网格单元以及2659 个节点。
免洗内裤
图4 划分网格
洗衣机的前门结构比较复杂，本模型使用四根弹簧连接滚筒和前门，用以模拟前门的门封，结构如图5 所示。
图5 前门与滚筒连接的处理
对于侧面板的加强筋的处理，本模型采用了节点耦合的方法，将加强筋上的节点与侧面板上相应的节点进行六个自由度的耦合，其效果如图 6 所示。
荀果图6 侧面板加强筋的处理
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议