由于洗衣機內(nèi)的衣物分布不均勻，會產(chǎn)生我們能察覺到的振動和噪聲。要優(yōu)化這類常見家用設(shè)備的設(shè)計，對運動和聲音背后動力學(xué)的模擬會是一項非常有價值的工具。

日常生活中，人們往往會再買一些常用的現(xiàn)代化設(shè)備，比如洗衣機。家里有了洗衣機之后，我們就可以省去將衣服送到自助洗衣店或自己動手洗的時間，能有空做其他家務(wù)，當然更棒的是可以好好休息一下。

假設(shè)今天是洗衣日，而且您很幸運，家里有一臺洗衣機。您是怎么注意到衣服洗好了呢？常見的判斷標志是周圍安靜下來了。

洗衣時，您的洗衣機極可能會產(chǎn)生振動和噪聲，這是由于洗衣機內(nèi)部衣物分布的不均勻和機器的結(jié)構(gòu)屬性造成的。我們現(xiàn)在有一個多體動力學(xué)模型，使您能夠通過仿真來分析這一常見的問題。

分析洗衣機中的振動和噪聲

洗衣機裝配體中的振動模型描述了一個橫軸式便攜洗衣機，模型幾何對應(yīng)于洗衣機裝配體中的不同部件（含外殼），以不同顏色區(qū)分顯示。

洗衣機的幾何

洗衣機部件分別表示為以下顏色：

在這個多體動力學(xué)示例中，我們假定將外殼模擬為易彎曲的殼層，并使用剛性實體模擬洗衣機的其他部件。此外，我們假定衣服相對滾筒的位置不變。

下圖解釋了由關(guān)節(jié)和彈簧連接的機器不同部件之間的關(guān)聯(lián)細節(jié)。

結(jié)  果

在特征頻率分析中，一種模式關(guān)注桶的平移，另一種顯示了它沿縱軸的旋轉(zhuǎn)。每個特征模式都突出了外殼的對應(yīng)變形，這些變形相對于桶的運動較小。

桶的平移模式

桶的旋轉(zhuǎn)模式

下一組圖顯示了桶的位移大小，以及整個運行期間不平衡放置衣物的角度。這里，紅色和藍色分別代表了軌跡的最初時間和最終時間。

為確認機器旋轉(zhuǎn)期間在洗衣機外殼中產(chǎn)生的振動，我們可以執(zhí)行一個瞬態(tài)分析，下圖描述了右側(cè)壁上的一個點在多個方向上發(fā)生的外殼變形。

接下來，我們可以分析右側(cè)壁中部一個點上的外殼法向加速度，以測量側(cè)壁發(fā)出的噪聲。這些結(jié)果在下方上側(cè)的繪圖中進行了展示。同時，下側(cè)的繪圖描述了該加速度的頻譜。

我們可以注意到側(cè)壁振動的頻率主要在0-30Hz的范圍內(nèi)，峰值在1.67Hz附近，這可以看作激發(fā)頻率。這與我們根據(jù)滾筒的慣性質(zhì)量比和設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度下的載荷推斷出的頻率相符，但有意思的是，也出現(xiàn)了高于激發(fā)頻率的側(cè)壁振動頻率值，這將發(fā)射額外的噪聲。

出于這種考慮，可以將洗衣機設(shè)計為僅在較低的、人耳捕捉不到的頻率發(fā)出噪聲。對材料的選擇和設(shè)計也必須保證洗衣機的結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)固，可以限制所有頻率下的振幅，以防止零件失效。