CN108763636B - 基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，所示方法通过对洗衣机进行多体动力学分析、振动响应分析、振动辐射噪声分析，最终采用基于有限元/无限元的Actran计算分析软件，可以实现精确预测外声场A计权声压级分布，更为直观地为后续工作提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种关于滚筒洗衣机的振动辐射噪声预测方法，属于仿真计算技术领域。
背景技术
滚筒洗衣机的研发过程中，由于滚筒高速旋转，其结构先天存在的偏心而产生很多振动问题。由滚筒偏心转动传力，使箱体振动产生的振动辐射噪声是滚筒洗衣机工作噪声的重要组成部分。目前，滚筒洗衣机振动噪声问题严重，客户抱怨不断，严重影响洗衣机产品的用户口碑。在洗衣机的前期开发过程中，以计算机为基础的数字化仿真分析方法已广泛应用于洗衣机结构振动噪声分析。而目前的滚筒洗衣机箱体振动噪声问题的仿真计算，大部分停留在计算出箱体结构的加速度响应、速度响应、柔性连接处的激励等振动水平指标以评估噪声水平，计算噪声的算例也多采用有限元/边界元的方法，该噪声计算方法由于边界条件只能提供计算域内的声学响应，无法提供洗衣机计算域外的声压级，有一定局限性。
如果能通过仿真计算对滚筒洗衣机箱体的外声场准确预测，就能对洗衣机产品箱体的振动辐射噪声做良好的评估，并为后续的改进工作提供依据，奠定基础。目前对滚筒洗衣机箱体振动噪声的预测是通过评估箱体的振动水平以评估噪声或者采用边界元的方法实现对噪声的计算。
在滚筒洗衣机结构振动辐射噪声计算领域，尚无与本发明类似的完整的计算流程。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，通过对洗衣机进行多体动力学分析、振动响应分析、振动辐射噪声分析，最终采用基于有限元/无限元的Actran计算分析软件，可以实现精确预测外声场A计权声压级分布，更为直观地为后续工作提供依据。
本发明提供的基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，其特征在于，所示方法通过对洗衣机进行多体动力学分析、振动响应分析、振动辐射噪声分析，最终采用基于有限元/无限元的Actran计算分析软件，可以实现精确预测外声场A计权声压级分布，更为直观地为后续工作提供依据。
该方法具体包括以下步骤：
步骤一，建模前对洗衣机各部件进行架设与简化；
步骤二，根据实际外形建立洗衣机箱体的几何模型，并且进行模态分析，得到洗衣机箱体的模态参数；
步骤三，建立刚体模型外滚筒、内滚筒、配重，与步骤二中的洗衣机箱体模型装配，按照相互之间的连接关系定义约束；按照实际情况赋予内滚筒转速，得到各个连接点的时域载荷激励曲线，即力随时间变化的历程；采用傅里叶变换计算方法将时域载荷激励曲线转化为频域载荷激励曲线，得到由于滚筒转动通过悬挂系统传递到洗衣机箱体的频域载荷；
步骤四，将洗衣机箱体模型通过有限元前处理，按实际情况对箱体进行底面固支约束，在洗衣机箱体内侧弹簧与阻尼器的挂点处施加步骤三得到的频域载荷，并且采用频响分析的方法得到箱体频域下的振动响应结果；
步骤五，基于洗衣机箱体的声学模型与步骤四得到的振动响应结果对洗衣机箱体进行振动辐射噪声频响分析。
所述步骤五的具体过程为：
a.洗衣机箱体声学建模：该振动辐射噪声计算是基于有限元或无限元的方法，采用CFD网格模拟洗衣机外围空气单元；首先将箱体的面网格做全封闭处理，再用仿真建模画出所需大小以及形状的外声场表面，画出箱体表面与空气层表面之间的CFD体网格，即得到了箱体的振动声学模型；
b.设置箱体表面为声固耦合面，空气层外表面为声学无限元，耦合面与空气层外表面之间的体网格为声音传播区域，将步骤四中箱体的频率响应分析结果作为噪声频响分析的激励，计算即可最终得到箱体外声场的A级权声压级响应云图。
在箱体周围根据需求做场点网格实现声压传感器的功能，以监测辐射噪声的声压级值；根据需求在箱体周围做不同形状的面网格实现得到声压级云图。
本发明提供的基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法主要存在如下优点：
该方法通过多个建模仿真软件联合仿真，对洗衣机模型进行多次处理，能够实现准确预测洗衣机箱体的振动响应与外声场噪声声压级响应。创造了声场无反射的边界条件，可以帮助工程师提取洗衣机计算域外监测点的声学响应。
附图说明
图1为本发明方法的工作流程框图；
图2为通过Hypermesh建立的洗衣机箱体模型；
图3为通过UG、Hypermesh建立的柔性体与刚性体模型在Adams中装配；
图4为在Patran中用于计算振动响应的箱体模型；
图5为在Actran中通过Catia、Hypermesh建立的洗衣机箱体模型，箱体周围空气体、模拟声压传感器的点网格、观测声压级云图的面网格模型，用于进行噪声响应计算；
图6为本发明实施例最终得到的箱体外声场A计权声压级云图。
具体实施方式
本发明提供一种基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，为使本发明的目的、思路更加清楚，明确，参照实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明方法采用多个仿真分析软件联合仿真，对洗衣机的初始模型进行有效处理，模拟洗衣机工作的实际环境，准确计算出洗衣机外声场声压级分布。具体实施步骤如下：
（1）建模前假设：先对洗衣机各部件进行一些假设与简化。假设洗衣机箱体为柔性体，悬挂系统中的外滚筒、内滚筒、配重块、阻尼筒均为刚性体，忽略其工作过程中的弹性变化；将物理样机中的约束都当作理想约束处理；物理样机中的弹簧和阻尼器在虚拟样机中均用线性的弹簧和阻尼来建模，并且忽略弹簧的阻尼系数和阻尼的弹性系数。
（2）箱体建模：在CAE应用软件Hypermesh中根据实际外形建立洗衣机箱体的几何模型，将箱体视为板壳结构，建模过程中将各个阶段的模型导入有限元分析软件Patran，通过Nastran反复对其进行模态分析，得到CAE模型的固有频率，结果与洗衣机箱体实际的固有频率对照，以实际的固有频率为准修正模型，以确保洗衣机箱体模型准确可信，可以用于后续计算。
（3）悬挂系统多体动力学分析：使用CAD/CAM系统软件UG建立刚体模型外滚筒、内滚筒、配重，装配后以.x_t的文件格式导入虚拟样机软件MSC.Adams中，输入各部分质量以及惯性矩；将第（2）步建立好的箱体模型以.mnf的格式导入Adams中，按照相互之间的连接关系定义约束；在Adams中建立滚筒与箱体之间的连接件弹簧与阻尼器，输入实际的弹性系数与阻尼系数；按照实际情况赋予内滚筒转速，即可得到各个连接点的时域载荷激励曲线，即力随时间变化的历程；采用Adams中的快速傅里叶计算功能将时域载荷激励曲线转化为频域载荷激励曲线，导出频域载荷到execl表格，通过execl表格保存为.csv格式，即得到了由于滚筒转动通过悬挂系统传递到洗衣机箱体的频域载荷激励。
（4）箱体频域响应分析：将洗衣机箱体模型以.bdf的格式导入有限元前处理软件Patran，按实际情况对箱体进行底面固支约束，在箱体内侧弹簧与阻尼器的挂点处即刚体与柔体的连接点处施加频域激励，将第（3）步的.csv格式的文件导入Patran。对箱体做频率响应分析输出.bdf与.op2格式的文件，即得到了箱体在频域力作用下的振动响应。
（5）箱体的振动辐射噪声频响分析：
a.洗衣机箱体声学建模：该振动辐射噪声计算是基于有限元/无限元的方法，采用CFD网格模拟洗衣机外围空气单元。首先将箱体的面网格在Hypermesh中做全封闭处理，再用仿真建模软件Catia画出所需大小以及形状的外声场表面以.part的文件格式导入Hypermesh，在Hypermesh中用CFD功能画出箱体表面与空气层表面之间的CFD体网格，导出.bdf文件格式的模型。在箱体周围根据需求可做场点网格实现声压传感器的功能，以监测辐射噪声的声压级值；还可根据需求在箱体周围做不同形状的面网格实现得到声压级云图。上述网格均以.bdf文件格式导出，即得到了箱体的振动声学模型。
b.将上述模型以.bdf的文件格式导入声学分析软件MSC.Actran中，设置箱体表面为声固耦合面，空气层外表面为声学无限元，耦合面与空气层外表面之间的体网格为声音传播区域。将第（4）步中的.bdf与.op2格式的文件导入Actran当作噪声频响分析的激励，计算即可最终得到箱体外声场的A计权声压级响应云图。
实施例1
如图2至图6所示，本发明基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法的具体实施过程为：
第一步：根据箱体实际模态建立准确可信的箱体模型，模型如图2所示；
第二步：在虚拟样机软件Adams中装配箱体与剩余刚体模型，给予内滚筒初始转速，得到柔性连接点的激励。
第三步：在Patran中导入箱体模型，在柔性连接点处导入第二步得到的激励，通过patran频率响应分析得到箱体的振动响应结果。
第四步：将建立好的声学模型与第三部得到的振动响应结果导入Actran中，计算洗衣机箱体的外声场振动辐射噪声，实现对外声场辐射噪声的预测。
本专利具体应用途径很多，以上所述仅为本专利的优选实施方案，并非因此限制本专利的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，在本专利原理的前提下作出等同替换和显而易见变化所得到的方案，均应当包含在专利的保护范围内。
Claims (3)
1.基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，其特征在于，所述方法通过对洗衣机进行多体动力学分析、振动响应分析、振动辐射噪声分析，最终采用基于有限元/无限元的Actran计算分析软件，实现精确预测外声场A计权声压级分布，更为直观地为后续工作提供依据；
该方法具体包括以下步骤：
步骤一，建模前对洗衣机各部件进行架设与简化；
步骤二，根据实际外形建立洗衣机箱体的几何模型，并且进行模态分析，得到洗衣机箱体的模态参数；
步骤三，建立刚体模型外滚筒、内滚筒、配重，与步骤二中的洗衣机箱体模型装配，按照相互之间的连接关系定义约束；按照实际情况赋予内滚筒转速，得到各个连接点的时域载荷激励曲线，即力随时间变化的历程；采用傅里叶变换计算方法将时域载荷激励曲线转化为频域载荷激励曲线，得到由于滚筒转动通过悬挂系统传递到洗衣机箱体的频域载荷；
步骤四，将洗衣机箱体模型通过有限元前处理，按实际情况对箱体进行底面固支约束，在洗衣机箱体内侧弹簧与阻尼器的挂点处施加步骤三得到的频域载荷，并且采用频响分析的方法得到箱体频域下的振动响应结果；
步骤五，基于洗衣机箱体的声学模型与步骤四得到的振动响应结果对洗衣机箱体进行振动辐射噪声频响分析。
2.根据权利要求1所述的基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：
a.洗衣机箱体声学建模：该振动辐射噪声的计算是基于有限元或无限元的方法，采用CFD网格模拟洗衣机外围空气单元；首先将箱体的面网格做全封闭处理，再用仿真建模画出所需大小以及形状的外声场表面，画出箱体表面与空气层表面之间的CFD体网格，即得到了箱体的振动声学模型；
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3.根据权利要求2所述的基于动力学仿真的滚筒洗衣机振动辐射噪声预测方法，其特征在于，在箱体周围根据需求做场点网格实现声压传感器的功能，以监测辐射噪声的声压级值；根据需求在箱体周围做不同形状的面网格实现得到声压级云图。
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