1.一種基于單側振源的重型數控機床地基基礎隔振溝的設計與調整方法,其特征在于:該方法工作流程如下,
(1)確定隔振溝長度
隔振溝長度一定要滿足圓心角(90°-180°)的要求,并且根據施工及經濟因素條件采取直線隔振溝;
(2)隔振溝深度的設計調整
在溝寬、隔振溝位置固定不變及其他設計參數相同的情況下,進行不同隔振空溝深度(1m-20m)的隔振效果對比,并要綜合考慮被保護對象的振動要求及施工要求,選擇合適溝深;
(3)隔振溝寬度的設計調整
固定隔振溝深度不變,溝位置不變及其它設計參數相同的隔振空溝,溝寬度取為不同數值(1000mm-2000mm之間);通過不同寬度的隔振空溝隔振效果對比,并綜合考慮工程施工和經濟因素等各方面要求,確定合適的隔振溝寬度;
(4)隔振溝位置的設計與調整
固定隔振溝的長度、寬度、深度、隔振材料及其他設計參數,通過改變隔振溝離需要隔振的重型數控機床地基基礎的距離(0-3000mm),分析隔振溝的位置變化時其隔振效果,并結合工程實際確定隔振溝的合理位置;
(5)隔振溝內填充材料的設計與調整
隔振溝的長度、深度、寬度、隔振溝距離被保護對象距離固定不變,及其他設計參數相同,隔振溝分別采取空溝、填充溝,填充溝又分為柔性材料、剛性材料,柔性材料與剛性材料同時使用,這種情況又分為以下兩種:A沿隔振溝寬度方向等分成三層,柔性材料填充在中間一層,兩側填充剛性材料;B沿隔振溝寬度方向等分為三層,中間填充剛性材料,兩側填充柔性材料;C沿隔振溝寬度方向等分成三層,中間一層不填充(相當于填充材料為空氣),兩側填充剛性材料;分別對這幾種情況進行隔振效果對比,確定每種情況的隔振效果及特點,然后根據工程要求確定采用哪種隔振材料;
在以上設計與調整過程中,首先進行三維模型構建,以單側振源為激振點,振源產生的波經過傳播,到達隔振溝,經過隔振溝隔振后,傳播到重型數控機床的地基基礎;通過有限元分析軟件對三維模型中振動的傳播進行仿真分析,以隔振溝隔振后傳播到重型數控機床地基基礎的豎向振動幅值為分析對象,并且分別對隔振溝的長度、寬度、深度、位置、隔振溝內不同填充材料及填充材料的厚度進行調整,從而使隔振溝達到最好的隔振效果,使振動對重型數控機床造成的影響減到最小,使數控機床加工精度得到提高,滿足重型數控機床的加工精度要求。
2.根據權利要求1所述的一種基于單側振源的重型數控機床地基基礎隔振溝的設計與調整方法,其特征在于:振源為單側振源,振動方式為簡諧振動或者沖擊振動,以傳遞到重型數控機床地基基礎上表面的垂直方向的振幅為研究目標,建立包括振源、大地、隔振溝、機床基礎的三維模型,以ansys有限元分析軟件為工具,進行以下工作;
(1)確定隔振溝長度
首先根據振源的距離確定隔振溝的長度L;對于圓心角小于360°的隔振溝,它所屏蔽的區域是以振源和振源到溝中點連線為45°對稱的徑向直線相交于隔振溝所包圍的面積,對圓心角小于90°的隔振溝是無效的,根據這一原理,如圖4所示,使θ1+θ2=90°,并且采取直線型隔振溝;
(2)隔振溝深度的設計調整
屏障隔振的實質是非勻質彈性半空間波的傳播問題,即彈性波與土介質中屏障的相互作用問題;對于遠場被動隔振,瑞利波能量占總能量的67%,橫波占25.8%,縱波占6.9%,瑞利波比縱波和橫波衰減要慢得多,所以遠場振動是瑞利波為主;根據波動理論得瑞利波的位移場:
u=A[2cs2cR2exp(-k2-kp2z)+(1-2cs2cR2)exp(-k2-ks2z)]sin(kx-ωt)=f1(z)sin(kx-ωt)]]>
ω=DA[(1-2cs2cR2)exp(-k2-kp2z)+2cs2cR2exp(-k2-ks2z)]cos(kx-ωt)=f2(z)cos(kx-ωt)]]>
式中是常數,等于地面上豎向位移和水平位移分量振幅比,A是待定常數,可得u2f12(z)+ω2f22(z)=1,]]>
u為水平x方向位移,w為垂直向下z方向位移,CP、CS、CR分別為縱波、橫波、瑞利波的傳播速度,k=ω/CR,f(z)為波傳播的深度函數
上述表明瑞利波是一種橢圓極化波,波的振幅沿深度按指數規律衰減,質點的位移分量從表面向下大約一個波長深度就基本消失了;
通過上述理論,先假定隔振溝溝寬為1000mm、隔振溝與振源的距離r1固定不變,隔振溝與重型數控機床地基基礎的距離r2及其他設計參數相同的情況下,進行不同空溝深度的隔振效果對比,隔振溝深度可分別取為1m、4m、7m、10m、15m、20m,通過調整深度并分別進行隔振溝不同深度的隔振效果對比,然后根據重型數控機床的振動級要求,選擇滿足重型機床隔振要求的隔振溝深度;
(3)隔振溝寬度的設計調整
根據以上(2)中所述原理及波的傳播理論,可知瑞利波在水平方向上傳播衰減較慢,由于瑞利波波長比較長,隔振溝寬度不能達到一個瑞利波長,所以采取如下方式:
在隔振溝的長度確定后,假定隔振溝深度取10米或者其他某一深度(0-20米),隔振溝離振源的距離r1固定不變,隔振溝離重型數控機床地基基礎的距離r2不變及其它設計參數相同的情況下,溝寬度取為不同數值(1000mm-2000mm之間);通過調整寬度并對空溝隔振效果對比,然后選擇滿足重型機床隔振要求的隔振溝寬度;
(4)隔振溝位置的設計與調整
一般認為被保護對象距離隔振溝越近,隔振效果越好,但是土體內具有一定剛度的屏障,有可能被彈性波激發而產生強烈振動,所以應避免這一現象;根據以上設計分析,固定隔振溝的長度、寬度、深度及其他設計參數,通過調整隔振溝到重型數控機床地基基礎的距離r2(0-3000mm),來分析空溝的位置變化時其隔振效果,進而確定隔振溝的位置;
(5)隔振溝內填充材料的設計與調整
阻抗是衡量隔振效果的一個重要因素,用公式表示為:α=(ρ2V2)/(ρ1V1)
ρ1V1:第一種介質的阻抗,ρ2V2:第二種介質的阻抗
α值越大或越小均可獲得較好的隔振效果,在其它影響因素不參與情況下,α的值相對于1較大或較小的的介質隔振效果都不錯;
基于這一理論,并根據前面的設計分析,隔振溝的長度、深度、寬度、隔振溝離重型數控機床地基基礎的距離固定不變,及其他設計參數相同,隔振溝分別采取空溝、填充溝,填充溝又分為柔性材料、剛性材料,柔性材料與剛性材料同時使用,這種情況又分為以下兩種:A沿隔振溝寬度方向等分成三層,柔性材料填充在中間一層,兩側填充剛性材料;B沿隔振溝寬度方向等分為三層,中間填充剛性材料,兩側填充柔性材料;C沿隔振溝寬度方向等分成三層,中間一層不填充,兩側填充剛性材料;分別對這幾種情況進行隔振效果對比,得出每種情況的隔振效果及特點,最終確定選用的隔振材料;
在振源固定不變時,隔振溝的長度必須滿足(1)中所述,采用空溝時隔振溝的深度、寬度、位置、及采用不同隔振材料時隔振溝的長度、寬度、位置的確定,其設計分析調整的先后順序可以變化,即如上所述中,第(2)-(5)可以調整先后順序,比如先對寬度進行分析調整,再對深度分析調整,然后進行隔振材料的分析,最后進行位置的分析調整,從而得出滿足重型數控機床隔振要求的隔振溝的各個參數;本實施方式為其中一種設計調整的順序;在隔振溝長度、深度、寬度、位置、隔振材料這些設計參數整體確定后,每個設計參數還可以進行微調,最終確定滿足隔振要求的合理的參數;
本設計調整的方法比較靈活,通過對隔振溝長度、深度、寬度、位置、隔振材料這些參數的設計與調整,可以使隔振溝達到較好的隔振效果,滿足重型數控機床的隔振設計要求。