一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法與流程

本發明涉及一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法，屬于建筑設計領域。

背景技術：

目前，針對工程隔振中出現的大規模鋼彈簧布置，主要是根據承載情況，采取均勻化的布置方法，方案形成并投入使用后，隔振器工作性態固定、不可調，無法適用變化的振動荷載輸入，且各個隔振器實際工作性能差別較大，總結之，傳統方法具有以下缺點：

1)經驗性地開展大規模鋼彈簧布置。由于傳統工程隔振設計中，大規模鋼彈簧一般采取均勻化布置方式，不考慮實際振動荷載變化情況、鋼彈簧實際承載情況往往都不是最佳布置方案，甚至出現不利方式，這樣會影響實際隔振效果。

2)隔振器間實際隔振效率差別較大。傳統隔振設計中，經驗性地采用鋼彈簧均勻化布置方式，由于實際振動荷載變化以及隔振裝置安放位置變化等，導致隔振器承載力不同，甚至出現差別很大；有的彈簧承載力很大，接近極限承載力，隔振效率發揮大；有的彈簧承載力很小，幾乎不工作，彈簧使用的總體效率低。

3)經濟耗費大。傳統的隔振設計，根據隔振對象尺寸、重量等，經驗性地開展大規模隔振器布置，往往為使隔振效果保守，會選擇更加密集的布置方式，經濟耗費較大。

4)不利于鋼彈簧隔振器耐久性使用。在傳統隔振設計中，不考慮隔振器的實際使用效率，對于承載效應不良的隔振器，特別是處于臨界承載甚至高臨界承載的彈簧，在長期工作狀態下，會出現耐久性問題，甚至會因破壞而直接導致整體隔振系統癱瘓。

5)方案固化。傳統隔振設計方案，僅依據隔振對象承載、幾何尺寸等進行經驗性彈簧布置，待方案形成后不可調，對于振動荷載變化、承載變化無適應性，很難真正意義上運用于實際工程。

因此，在建筑設計領域，提出一種鋼彈簧隔振器優化布置方法的需求日益增加。

技術實現要素：

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法，其可避免經驗性地采取均勻化布置方式。

本發明的再一目的在于提供一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法，其解決了經濟耗費較大、不利于鋼彈簧隔振器耐久性使用等技術問題。

為了達到上述目的，本發明提供一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法，包括步驟：1)根據實際工程確定鋼彈簧初始布置方案；2)建立隔振體系整體有限元計算模型；3)確定加載工況；4)通過軟件進行有限元計算各個鋼彈簧的實際承載量F；5)計算各個鋼彈簧的隔振效率η_n，隔振效率η_n為實際承載量F/極限承載量[F]；6)隔振效率均勻化，計算均勻隔振效率[η]，[η]＝(η₁+η₂+η₃+....+η_n)/n；7)如果各隔振效率η_n滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，確定有效方案；如果隔振效率η_n不滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，找出偏離目標彈簧，重新進行布置，并返回步驟5)進行循環處理，直至滿足(η_n-[η])/[η]≤10％；8)針對整個隔振模型進行模態計算分析；9)確定最終方案，如果滿足模態，即模態計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；如果不滿足模態，即模態計算基頻誤差在10％～30％之間，對設計方案進行微調，重新進行模態計算，如此循環，直至模態計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；模態計算基頻誤差在30％以上，重新進行布置，并返回步驟5)進行循環處理，直至模態計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；10)根據確定的最終方案來布置鋼彈簧。

在根據本發明所述的大規模振動工程控制裝置優化布置方法中，所述軟件為ansys軟件。

本發明的有益效果：

1)可解決大規模鋼彈簧隔振器優化布置。本技術針對實際工程隔振中出現的大規模鋼彈簧隔振器，提出一種最優布置方法，可避免經驗性地采取均勻化布置方式。

2)可充分發揮鋼彈簧隔振器效率。本技術提出所有彈簧隔振效率均勻化為目標，基于有限元計算方法，通過編制命令流方式，不斷修正初始布置方案，直至逼近、獲得最優結果，以達到充分發揮鋼彈簧隔振效率。

3)可降低經濟成本。本技術不采取傳統的均勻布置方式，而采用合理的最優布置方案，可有效地減小隔振器數量，且可保證隔振效果，經濟效益好。

4)更有利于發揮隔振效果、保護隔振對象。本發明提出目標彈簧隔振效率均勻化，可保證每個彈簧承載力差別不大，避免隔振對象因承載力不同而產生次生擾動，甚至造成破壞。

5)更具有工程可變性、適應性和通用性。本技術可依據不同的振動荷載情況、不同的承載情況以及不同的環境擾動情況，進行大規模鋼彈簧隔振器的最優布置，具有非常強的可變性，可適用于不同類工程，效率高、效果好、通用性強。

附圖說明

圖1是鋼彈簧隔振器優化布置方法的流程圖。

圖2為鋼彈簧隔振器的有限元計算模型。

具體實施方式

為使本的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖進行詳細說明。

本發明通過建立整體鋼彈簧隔振系統有限元計算模型(包括臺座和鋼彈簧)，并建立加載參數化命令流，根據隔振器實際承載力評價其實際發揮作用有效率(以極限承載力為標準)，以不斷修正、調整初始布置方式或傳統經驗性布置方式，優化每個隔振器使用效率，最終確定全部隔振裝置達到最大利用效率的最優方案。

如圖1所示，在本發明中，一種大規模振動工程控制裝置優化布置方法，所述控制裝置為鋼彈簧隔振器，所述方法包括步驟：

1)根據隔振對象具體結構、鋼彈簧承載情況確定鋼彈簧初始布置方案；

由于隔振對象的具體結構不同、各個鋼彈簧的極限承載力不同，經驗性地根據隔振對象具體結構、鋼彈簧承載情況確定其布置情況。

2)建立隔振體系整體有限元計算模型；例如整個隔振體系的有限元計算模型可以是如圖2所示。本領域技術人員結合現有技術能夠建立這樣的模型。

3)確定加載工況；

本發明所述的加載工況指的是簡諧振動荷載、脈沖振動荷載以及隨機振動荷載等，其中，荷載指的是使結構或構件產生內力和變形的外力及其它因素，或指施加在工程結構上使工程結構或構件產生效應的各種直接作用。

4)通過軟件進行有限元計算各個鋼彈簧的實際承載量F；所述軟件例如可以為ansys軟件；

有限元分析是利用近似數學的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的)近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件)，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續域的離散單元，例如用多邊形(有限個直線單元)逼近圓來求得圓的周長。

5)計算各個鋼彈簧的隔振效率η_n，其中n為鋼彈簧的個數，取值為自然數1、2....，分別表示第1、第2…第n個鋼彈簧的隔振效率，隔振效率η_n為實際承載量F/極限承載量[F]；隔振效率為實際承載量與極限承載量的比值

6)隔振效率均勻化，計算均勻隔振效率[η]，

[η]＝(η₁+η₂+η₃+....+η_n)/n；均勻隔振效率為各個鋼彈簧的隔振效率之和與鋼彈簧總數的比值。

7)如果各鋼彈簧的隔振效率η_n滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，確定有效方案；如果不滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，找出偏離目標彈簧，重新進行布置，并返回步驟5)進行循環處理，直至各鋼彈簧的隔振效率η_n滿足(η_n-[η])/[η]≤10％；

如果各個鋼彈簧的隔振效率滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，按照初始布置方案確定有效方案；若某個鋼彈簧的隔振效率不滿足(η_n-[η])/[η]≤10％，這個鋼彈簧的位置需要發生變動，直至各個鋼彈簧的隔振效率η_n均滿足上述公式。

8)針對整個隔振模型進行模態計算分析；

模態是結構系統的固有振動特性。每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。1個模態對應多個模態特征參數，這些模態特征參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。模態分析是評價所述隔振體系的力學性質是否合理有效的必要手段。

9)確定最終方案，如果滿足模態，即模態計算基頻誤差在10％以下，模態計算基頻誤差為(計算基頻-目標基頻)/目標基頻，確定最終方案；

如果輕微不滿足模態，即模態計算基頻誤差在10％～30％之間，30％＞(計算基頻-目標基頻)/目標基頻＞10％，對設計方案進行微調，即對某個鋼彈簧小幅度的左右移動，進而重新進行模態計算，如此循環，直至模態計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；

如果嚴重不滿足模態，即模態計算基頻誤差在30％以上，(計算基頻-目標基頻)/目標基頻≥30％，出現嚴重誤差，需要對鋼彈簧位置重新進行布置，并返回步驟5)進行循環處理，直至模態計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；

其中，目標模態為理想立項值，在實際工程中，多應設計方或者業主要求提供；計算基頻為模態特征參數中的最小頻率。

10)根據確定的最終方案來布置鋼彈簧。

根據本發明的技術方案，首先，鋼彈簧實際使用效率評價準則。在大規模鋼彈簧隔振器優化布置過程中，通過逐個監測每個鋼彈簧的變形(變形乘以剛度等于承載力)或者監測鋼彈簧實際承載力，與其極限承載力進行比較，得出各個鋼彈簧的隔振效率。

其次，鋼彈簧隔振效率均勻化準則。基于上述方法計算得到的每個鋼彈簧的隔振效率，進行評判，以得出其均勻化水平(每個隔振效率偏離整體隔振效率平均值的水平)。將所有鋼彈簧隔振器實際使用效率均勻化定義為設計目標，在優化布置過程中，找出偏離均勻目標鋼彈簧，并進行設計方案調整。

最后，大規模鋼彈簧最優布置方案。對每個鋼彈簧的實際隔振效率進行評價，找出偏離均勻化目標的彈簧，并對其位置和隔振參數進行修正，以繼續獲得更新的布置方案，并利用相同方法進行優化，直至獲得最優結果。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。