某型工业洗衣机的结构动力学特性及疲劳强度分析

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作为一项在国外已经得到高速发展和普遍应用的工程技术,计算机辅助工程(CAE)使大量繁杂的工程分析问题简单化,使复杂的过程层次化,节省了大量的时间,避免了低水平重复的工作,使工程分析更快、更准确,在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用,技术的发展又会推动许多相关的基础学科和应用科学的进步。在工程设计和分析中引入CAE技术并在工程上达到实用化也成为了国内科技界和工业界的共识,我国的CAE技术研究开发和推广应用在许多行业和领域已取得了一定的成绩。属于CAE技术范畴的疲劳数值仿真技术作为一种比较完善的疲劳强度校核和寿命预测方法已经在国外的各个工业领域取得了广泛的成果,而国内对它的应用还处于起步阶段。另外,关于分段焊缝的疲劳数值仿真技术,国内对其研究较少。 本课题研究的某型工业洗衣机在工作过程中经历多种不同工作情况,在多工况不同载荷的循环作用下,整体结构可能会在某些薄弱结构处发生疲劳破坏。如何通过分析工业洗衣机的结构动力学特性得到多工况下的应力水平,并进而判断薄弱结构的疲劳寿命,提出优化措施,使得洗衣机达到或超过设计要求是本文需要解决的问题。 本文建立了工业洗衣机有限元模型,运用有限元数值分析方法对模型进行动力学特性和疲劳寿命分析。根据工业洗衣机的工作进程,归纳出三种典型工作情况,分别为脱水起步阶段、稳定脱水阶段和普通洗涤阶段。并根据不同工况的特点分析对应的工作载荷分布。然后针对具体工况,作瞬态响应和频率响应分析,得到整体结构在不同工况下的结构动力学特性。分析结果与测试结果能比较好的吻合,显示这种分析高速旋转结构动力学特性的方法是非常有效的。基于上述分析中得到的不同工况下整体结构强度水平,使用MSC.FATIGUE对整体结构作疲劳强度分析。分析结果表明,该型工业洗衣机在稳定脱水阶段,后斜撑与后部支座座面的接触位置以及滚筒后板与两侧大梁的连接接触位置是疲劳寿命最短的地方,会在工作2.89年后发生疲劳破坏。这个结果为该型工业洗衣机进一步的改进提供重要依据。 针对工业洗衣机上的大部分连接方式为焊接结构的情况,提取上述疲劳分析中薄弱位置的焊缝作进一步的疲劳分析。按照MSC.FATIGUE中的焊缝专用模块SEAM_weld的要求,重新建立含有焊缝的薄弱结构有限元模型,进行疲劳分析。分析结果表明,焊缝的存在使得这些位置的疲劳寿命严重下降。另外,针对实际焊接操作过程中会比较多的产生分段焊的情况,特别建立分段焊缝的有限元模型,并作了疲劳寿命分析,与连续焊缝作比较。结果证明,由于分段焊缝会产生较大的应力集中,导致疲劳寿命变短。
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