1 概述
洗衣机振动是个系统问题，很多影响因素是相互关联和匹配的，很难从单一的参数上进行控制。在现有的工具和软件中，缺乏针对洗衣机特点的振动分析流程规范，使用者不同，建立的模型可能不同，结果也可能不同。另一方面，随着经济的发展，对产品创新的要求越来越高，要求产品设计周期越来越短。为了缩短产品设计及开发周期，提高CAE工作的效率和质量已然成为及待解决的问题之一。
建立洗衣机振动数字化实验室，开发面向洗衣机振动分析专用工具，实现参数化建模、自动化仿真、结果可视化，可以帮助工程师快速建立洗衣机振动模型及完成振动分析；同时建立减振器和平衡环数据库，减少了用户在创建模型时数据输入工作量，使操作更加便捷。振动分析自动化系统可极大减轻技术人员建模和分析的工作量，保证所建模型的合理性、一致性，解决重复几何建模和数学建模的问题，有利于知识固化，减少了相关技术人员的流失所带来的损失，加快初学者掌握软件的进度，最终提高CAE分析的质量和效率。
近年来以Internet技术为代表的网络技术的迅猛发展，引入网络技术，发展基于网络的开放式的CAD/CAE软件平台已经成为业内的趋势。基于网络技术，使得未来的应用软件满足了用户的需求特点，使得不同的设计人员可以在不同地点，不同时间，基于不同的操作系统和软件环境，使用Web浏览器就可以完成数据的交互和设计分析工作，从而进一步提高工作效率，减小产品设计周期（图1）。
基于云端的洗衣机振动数字化实验室，用户只需要在web输入分析所需要的参数，不需要了解命令文件产生的过程，自动完成整个计算过程。系统采用完全功能封装的方式，将模型和命令文件部署在服务器上，当用户按照设计步骤填入参数后，系统自动提取相关参数，调用后台程序完成计算分析，通过web方式反馈分析结果。
图1 基于web的CAD/CAE软件平台
2 技术路线
Motionview提供了描述机械系统必需的所有元素的模型定义语言(Model Definition Language，MDL)。模型拓扑关系、模型数据以及多体动力学求解器求解需要的控制信息都可以由MDL语言定义。此外，利用Tcl脚本命令可以很方便驱动Motionview进行前处理，求解和后处理的自动化，给开发工作带来极大的方便。通过对已建立模型的MDL文件进行修改将其转换为Tcl脚本，可以很方便地把复杂的系统模型实现参数化。
基于云端的洗衣机振动数字化实验室包含了模型编辑模块，求解计算模块和计算结果显示模块，处理过程中需要实现各种文件的读写，实现一个完整的流程，如图2。
图2 功能模块与文件流程图
Csv文件：模型信息数据文件，包括几何参数，物理参数，求解控制参数。
Bat文件：模型求解批处理文件，用来调用Tcl脚本。
Log文件：日志文件，记录模型求解过程中的信息。
Abf文件：一种优化的，适合大规模数据进行快速曲线绘制的二进制文件。
H3d文件：计算模型和结果动画文件。
Html文件：计算结果web浏览器文件。
洗衣机模型信息通过在web浏览器输入后，在服务器端会生成Csv文件；在web端提交计算后，将执行后台的批处理文件，而批处理命令会调用Tcl脚本，Tcl脚本通过读取Csv文件的模型数据信息自动进行建模，求解计算和生成计算结果，其中执行计算过程的信息在log文件显示，计算结果包括Abf和H3d文件；最后报告模板文件Tpl将会通过读取计算结果文件来生成Html计算报告。
3 Web系统运行界面
打开IE或者GoogleChrome等浏览器，登陆材料与振动数字平台，进入用户登陆界面，如图3。
图3 登录界面
材料与振动数字平台包括三个功能模块：跌落分析，振动分析和强度分析，如图4。
图4 功能模块选择界面
点击振动分析按钮进入波轮洗衣机振动分析模块，洗衣机各部件的模型名称定义如图5所示。该模块可以对洗衣机桶体部件模型（内桶、波轮、内桶底、内桶底架、外桶、底板、传动轴、电机、偏心负载）、悬挂系统、平衡环、电机系统等主要传动部件进行参数化建模。参数化建模的优点是可以对各个部件的几何参数和物理参数进行快速更改，如各个部件的质量、转动惯量和重心（如图6），悬挂参数（悬挂位置，吊杆长度，弹簧长度、刚度、阻尼，见图7），平衡环质量和动力学性能参数（图8），电机启动速度（图9）等，从而方便进行性能优化，最终达到快速对各种设计参数下洗衣机振动性能分析。
图5 波轮洗衣机振动分析模块界面
图6 洗衣机桶体部件模型参数设置界面
图7 悬挂系统参数设置界面
图8 平衡环参数设置界面
模型求解功能包括静态、模态、瞬态，如图9。其中静态分析主要分析桶体在不同负载下的静态位置以及当前弹簧刚度、长度是否能保证静平衡；模态分析主要分析悬挂系统的动态性能之模态特性，通常需要保证洗衣机的固有频率应在一定范围之内，过大容易造成启动性能差；瞬态分析主要分析洗衣机在脱水过程中的时域和频域特性。瞬态分析界面可以设置的参数主要有电机启动速度参数（具体解释见图10），求解计算时间，最小时间步长和输出时间步长。
图9 求解参数设置界面
图10 电机启动参数
提交计算后，点击查看结果进入计算信息和求解结果界面（图11）。点击Static，Modal和Transient按钮，可以实时查看计算进程，如果正在进行模型处理，将会提示“正在进行料求解，请稍后…”，如果后台已经生成log文件，将出现如图12界面。点击计算结果，可以查看静态结果报告（图13）、模态结果报告（图14）、瞬态计算报告（图15）。
图11 计算信息和求解结果界面
图12 计算过程信息
图13 静态结果报告
图14 模态结果报告
图15 瞬态结果报告
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