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1、空气源热泵热水器的结构设计及拓扑优化Thestructuraldesignandtopologyoptimizationofairsourcedheatpumpwaterheater作者姓名冯灿东学位类型工程硕士学科、专业机械工程研究方向数字化设计及现代设计理论导师及职称王勇副教授2012年3月空气源热泵热水器的结构设计及拓扑优化摘要随着经济的快速发展与人们生活水平的提高，对于传统的热水器(包括电热水器、燃油热水器、燃气热水器)具有能耗大、污染严重等缺点，与此相比，空气源热泵热水器作为一种以空气为低温热源，经电能做功从低温中吸收热量来加热用水
2、，克服了传统热水器的弊端，由此热泵热水器作为第四代热水器是未来发展的趋势。本文以原有热泵热水器结构为基础，设计出水箱与主机为一体的新型结构，此结构便于安装、体积小（对于现代小家庭尤为适用）等优点，现将热泵热水器进行了多种方案设计，对其进行评估和筛选，在此基础上进一步对零部件进行细化设计，并确定其相关参数等。本文建立了关键部件的有限元模型，进行了静、动态性能分析与研究，通过hypermesh仿真软件分析结果，验证了有限元模型建立的合理性，关键部件如支撑板、固定架、底板的最大主应力小于许用应力值，满足强度、刚度要求；热水器框架的固有频率与电机的频
3、率有一定差距，在正常工作中不会引起共振，说明这款热水器结构是安全可靠的。在有限元分析的基础上对支撑板进行了拓扑优化，根据优化结果提出了改进方案，对改进结构前后进行相同工况分析后，发现改进后结构不仅能满足设计要求，并且厚度、主应力及位移均有下降，有效的提高了支撑板的性能。关键词：热泵热水器结构设计强度模态分析拓扑优化ThestructuraldesignandthetopologyoptimizationofairsourcedheatpumpwaterheaterAbstractTherehavemanyshortcomings,suchas
4、highenergyconsumption,highcostsandseriouspollution,existingintraditionalwaterheaters(includingelectricwaterheater,fuelwaterheater,gaswaterheater).Bycontrast,astakingairaslowtemperatureheatsource,theairsourceheatpumpwaterheaterovercomesthedisadvantagesoftraditionalwaterheate
5、rsbyabsorbingheatfromlowtemperaturethroughelectricenergytoheatwater.Withtherapiddevelopmentofeconomyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,heatpumpwaterheaterasthefourthgenerationofwaterheateristhetrendofthedevelopmentofthefuture.Basedonthestructureoftheexistedheatpumpwa
6、terheater,anewstructureisdesigned,ofwhichthewatertankandmainengineareone.Thenewstructurehasmanyvirtues,suchaseasyinstallmentandsmallsize,particularlyapplicableforsmallmodernfamily.Accordingtoevaluationandselectionoftheschemesdesignedfortheheatpumpwaterheater,detaildesignoft
7、hepartsarefurtheraccomplished,suchasthesizeparameters,etc.Finiteelementmodelsofthekeycomponentsareestablishedinthepaper.Afterbeingstaticanddynamicperformanceanalyzedandresearched,accordingtotheanalysisresultsofsimulationsoftwareofhypermesh,rationalityofthefiniteelementmodel
8、sverified.Themaximumprincipalstressesofthesupportingplate,frisketandbaseplatearele
