[發明專利]一種質剛重合的三向等剛度氣浮式隔振系統優化設計方法

有效

• 申請號: 201810082315.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108229055B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 張同億;胡明祎;伍文科;黃偉;秦敬偉;蘭日清;張瑞宇;祖曉臣;李穎;王菲;姚張婷
• 申請（專利權）人: 中國中元國際工程有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京華旭智信知識產權代理事務所(普通合伙) 11583
• 代理人: 李麗

本發明提供了一種質剛重合的三向等剛度氣浮式隔振系統優化設計方法，包括步驟：(1)確定振動控制系統設計參數；(2)確定氣浮式振動控制系統初步方案；(3)根據設計參數建立設計參數可變的有限元變量模型，以合適的精度劃分網格，實現對整體有限元全參數化建模；(4)模態計算；(5)確定理想設計參數模型：判斷通過模態計算得到的氣浮式振動控制系統模態相關的參數是否滿足一定的關系，若滿足則記錄此時的氣浮系統的設計參數，若不滿足則返回步驟(2)修改氣浮式振動控制系統初步方案；(6)理想模型修正：根據實際工程中設計參數的取值范圍以及滿足最低耗費的經濟目標，比選后修正設計參數從而確定振動控制系統的最終方案。

技術領域

本發明涉及一種隔振系統的設計方法，特別是一種氣浮式隔振系統優化設計方法。

背景技術

根據振動控制原理不同，可以劃分為主動控制和被動控制。振動主動控制是指在振動控制過程中，根據傳感器檢測到的結構或系統振動，應用一定的控制策略，經過實時計算，驅動致動器對結構或系統施加一定的力或力矩，以控制結構或系統的振動。被動控制的裝置由于結構簡單，易于實現，目前國內外一般采用空氣彈簧作為被動隔振元件。對于被動隔振系統，為了獲得對各種擾動良好的隔振效果，其自振頻率應該盡可能小。但是從現實意義上來講，自振頻率很難降低到1Hz以下。因此被動隔振系統對微振動的控制效果有限，并且對于平臺上的直接干擾，被動隔振系統基本上無能為力，因此，對精密裝備非對稱布置、大規模空氣彈簧非均勻分組、異形分支模態參振比重較高等大型異形氣浮平臺被動隔振工程，在初始條件較為有限的情況下，如何快速實現總體高效設計在現有技術中是沒有公開相應的技術方案的，本領域技術人員更傾向于放棄被動控制裝置轉而投向主動控制裝置。

目前，傳統技術方法在針對精密裝備的振動控制時，通常只考慮降低氣浮式振動控制系統的基頻，在頻率滿足設計要求時，通過調節系統阻尼比來達到減振要求，可能導致系統模態混亂，同時系統穩定性較差。從而傳統方法具有以下缺點：

(1)傳統技術方法在針對精密裝備振動控制時，通常不考慮系統三向剛度相等，只考慮降低基頻，盲目降低系統基頻，在實際使用中系統前三階模態基頻相差較大，導致系統模態混亂，減振效率較低，甚至會出現高階模態參振，引起高階共振的現象。

(2)傳統技術方法通常采用控制系統基頻，調節阻尼比減振的方法。當阻尼比較大時，系統剛度較大，導致系統基頻升高，很難滿足精密設備基頻小于1Hz的要求；阻尼比較小時，系統穩定性差，減振效率低。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述缺陷，本發明的設計構思在于針對精密裝備因作業環境需求采用氣浮式微振動控制設計方法，基于隔振理論，利用質剛重合時被動式氣浮系統的動力特征，建立模態振型質量累加參與系數和前三階基本頻率相互比值關系雙重量化判別技術，將一個無限自由度動力系統設計成一個類似單質點單自由度系統，最終實現氣浮式隔振系統在三個方向上即兩個水平和一個豎直方向上剛度相等或相近，易于對精密裝備微振動環境進行高效控制。

本發明的目的在于提供一種質剛重合的三向等剛度氣浮式隔振系統優化設計方法，包括如下步驟：

(1)設計參數確定：根據荷載、精密設備容許振動值、建筑結構形式和地基基礎確定振動控制系統設計參數；

(2)確定氣浮式振動控制系統初步方案，包括空氣彈簧的數量、布置方式和型號；

(3)參數化建模：根據設計參數建立設計參數可變的有限元變量模型，以合適的精度劃分網格，實現對整體有限元全參數化建模。

(4)模態計算：計算得到氣浮式振動控制系統模態相關的參數；

(5)確定理想設計參數模型：判斷通過模態計算得到的氣浮式振動控制系統模態相關的參數是否滿足一定的關系，若滿足一定的關系，則記錄此時的氣浮系統的設計參數，若不滿足一定的關系，則返回步驟(2)修改氣浮式振動控制系統初步方案；