本發(fā)明涉及一種大規(guī)模振動工程控制裝置優(yōu)化布置方法，屬于建筑設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，針對工程隔振中出現(xiàn)的大規(guī)模鋼彈簧布置，主要是根據(jù)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(tài)固定、不可調(diào)，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(jié)之，傳統(tǒng)方法具有以下缺點：

1)經(jīng)驗性地開展大規(guī)模鋼彈簧布置。由于傳統(tǒng)工程隔振設(shè)計中，大規(guī)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(xiàn)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(tǒng)隔振設(shè)計中，經(jīng)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(dǎo)致隔振器承載力不同，甚至出現(xiàn)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(fā)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(jīng)濟(jì)耗費大。傳統(tǒng)的隔振設(shè)計，根據(jù)隔振對象尺寸、重量等，經(jīng)驗性地開展大規(guī)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(jīng)濟(jì)耗費較大。

4)不利于鋼彈簧隔振器耐久性使用。在傳統(tǒng)隔振設(shè)計中，不考慮隔振器的實際使用效率，對于承載效應(yīng)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(tài)下，會出現(xiàn)耐久性問題，甚至?xí)蚱茐亩苯訉?dǎo)致整體隔振系統(tǒng)癱瘓。

5)方案固化。傳統(tǒng)隔振設(shè)計方案，僅依據(jù)隔振對象承載、幾何尺寸等進(jìn)行經(jīng)驗性彈簧布置，待方案形成后不可調(diào)，對于振動荷載變化、承載變化無適應(yīng)性，很難真正意義上運(yùn)用于實際工程。

因此，在建筑設(shè)計領(lǐng)域，提出一種鋼彈簧隔振器優(yōu)化布置方法的需求日益增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的再一目的在于提供一種大規(guī)模振動工程控制裝置優(yōu)化布置方法，其解決了經(jīng)濟(jì)耗費較大、不利于鋼彈簧隔振器耐久性使用等技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種大規(guī)模振動工程控制裝置優(yōu)化布置方法，包括步驟：1)根據(jù)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(jìn)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(biāo)彈簧，重新進(jìn)行布置，并返回步驟5)進(jìn)行循環(huán)處理，直至滿足(η_n-[η])/[η]≤10％；8)針對整個隔振模型進(jìn)行模態(tài)計算分析；9)確定最終方案，如果滿足模態(tài)，即模態(tài)計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；如果不滿足模態(tài)，即模態(tài)計算基頻誤差在10％～30％之間，對設(shè)計方案進(jìn)行微調(diào)，重新進(jìn)行模態(tài)計算，如此循環(huán)，直至模態(tài)計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；模態(tài)計算基頻誤差在30％以上，重新進(jìn)行布置，并返回步驟5)進(jìn)行循環(huán)處理，直至模態(tài)計算基頻誤差在10％以下，確定最終方案；10)根據(jù)確定的最終方案來布置鋼彈簧。

在根據(jù)本發(fā)明所述的大規(guī)模振動工程控制裝置優(yōu)化布置方法中，所述軟件為ansys軟件。

本發(fā)明的有益效果：

1)可解決大規(guī)模鋼彈簧隔振器優(yōu)化布置。本技術(shù)針對實際工程隔振中出現(xiàn)的大規(guī)模鋼彈簧隔振器，提出一種最優(yōu)布置方法，可避免經(jīng)驗性地采取均勻化布置方式。

2)可充分發(fā)揮鋼彈簧隔振器效率。本技術(shù)提出所有彈簧隔振效率均勻化為目標(biāo)，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(yōu)結(jié)果，以達(dá)到充分發(fā)揮鋼彈簧隔振效率。

3)可降低經(jīng)濟(jì)成本。本技術(shù)不采取傳統(tǒng)的均勻布置方式，而采用合理的最優(yōu)布置方案，可有效地減小隔振器數(shù)量，且可保證隔振效果，經(jīng)濟(jì)效益好。

4)更有利于發(fā)揮隔振效果、保護(hù)隔振對象。本發(fā)明提出目標(biāo)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(chǎn)生次生擾動，甚至造成破壞。

5)更具有工程可變性、適應(yīng)性和通用性。本技術(shù)可依據(jù)不同的振動荷載情況、不同的承載情況以及不同的環(huán)境擾動情況，進(jìn)行大規(guī)模鋼彈簧隔振器的最優(yōu)布置，具有非常強(qiáng)的可變性，可適用于不同類工程，效率高、效果好、通用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是鋼彈簧隔振器優(yōu)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(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明通過建立整體鋼彈簧隔振系統(tǒng)有限元計算模型(包括臺座和鋼彈簧)，并建立加載參數(shù)化命令流，根據(jù)隔振器實際承載力評價其實際發(fā)揮作用有效率(以極限承載力為標(biāo)準(zhǔn))，以不斷修正、調(diào)整初始布置方式或傳統(tǒng)經(jīng)驗性布置方式，優(yōu)化每個隔振器使用效率，最終確定全部隔振裝置達(dá)到最大利用效率的最優(yōu)方案。

如圖1所示，在本發(fā)明中，一種大規(guī)模振動工程控制裝置優(yōu)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(jù)隔振對象具體結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)不同、各個鋼彈簧的極限承載力不同，經(jīng)驗性地根據(jù)隔振對象具體結(jié)構(gòu)、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(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)能夠建立這樣的模型。

3)確定加載工況；

本發(fā)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(jī)振動荷載等，其中，荷載指的是使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的外力及其它因素，或指施加在工程結(jié)構(gòu)上使工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)的各種直接作用。

4)通過軟件進(jìn)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(shù)學(xué)的方法對真實物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。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(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問題的解。這個解不是準(zhǔn)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(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)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(xù)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(shù)，取值為自然數(shù)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(shù)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(biāo)彈簧，重新進(jìn)行布置，并返回步驟5)進(jìn)行循環(huán)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(fā)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(jìn)行模態(tài)計算分析；

模態(tài)是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有振動特性。每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。1個模態(tài)對應(yīng)多個模態(tài)特征參數(shù)，這些模態(tài)特征參數(shù)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(tài)分析。模態(tài)分析是評價所述隔振體系的力學(xué)性質(zhì)是否合理有效的必要手段。

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

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

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

其中，目標(biāo)模態(tài)為理想立項值，在實際工程中，多應(yīng)設(shè)計方或者業(yè)主要求提供；計算基頻為模態(tài)特征參數(shù)中的最小頻率。

10)根據(jù)確定的最終方案來布置鋼彈簧。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，首先，鋼彈簧實際使用效率評價準(zhǔn)則。在大規(guī)模鋼彈簧隔振器優(yōu)化布置過程中，通過逐個監(jiān)測每個鋼彈簧的變形(變形乘以剛度等于承載力)或者監(jiān)測鋼彈簧實際承載力，與其極限承載力進(jìn)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(zhǔn)則?；谏鲜龇椒ㄓ嬎愕玫降拿總€鋼彈簧的隔振效率，進(jìn)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(shè)計目標(biāo)，在優(yōu)化布置過程中，找出偏離均勻目標(biāo)鋼彈簧，并進(jìn)行設(shè)計方案調(diào)整。

最后，大規(guī)模鋼彈簧最優(yōu)布置方案。對每個鋼彈簧的實際隔振效率進(jìn)行評價，找出偏離均勻化目標(biāo)的彈簧，并對其位置和隔振參數(shù)進(jìn)行修正，以繼續(xù)獲得更新的布置方案，并利用相同方法進(jìn)行優(yōu)化，直至獲得最優(yōu)結(jié)果。

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)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(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。