一種用于動力機(jī)械設(shè)備的單層隔振系統(tǒng)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力機(jī)械設(shè)備的隔振系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種用于動力機(jī)械設(shè)備 的單層隔振系統(tǒng)設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔振是一項(xiàng)應(yīng)用性和理論性都很強(qiáng)的振動控制技術(shù)，隨著工業(yè)化社會的不斷發(fā) 展，動力機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用和機(jī)械設(shè)備振動危害之間的矛盾日益凸顯，也促進(jìn)了大量學(xué)者從 事隔振技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。在動力機(jī)械設(shè)備基座安裝隔振器，可以有效降低其振動向 安裝基礎(chǔ)的傳遞，而隔振器的剛度匹配設(shè)計和安裝布局設(shè)計是隔振系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)， 直接影響到系統(tǒng)隔振性能的高低。
[0003] 目前工程上對于動力機(jī)械設(shè)備的隔振系統(tǒng)設(shè)計方法一般為：根據(jù)設(shè)備的激勵頻 率，設(shè)定頻率比，匹配相應(yīng)的隔振器垂向剛度，均勻分布在設(shè)備基座上，針對設(shè)計進(jìn)行仿真 分析，若仿真結(jié)果不滿足指標(biāo)要求，則重新調(diào)整設(shè)計直到滿足，最后通過裝機(jī)測試驗(yàn)證設(shè)計 是否符合要求，若不能滿足要求，則需要重新調(diào)整隔振系統(tǒng)的設(shè)計，通過反復(fù)調(diào)試以滿足要 求。但是，現(xiàn)有技術(shù)的隔振系統(tǒng)設(shè)計方法存在下述缺點(diǎn)：目前隔振系統(tǒng)設(shè)計方法的設(shè)計理念 缺乏明確的指向性，無論是仿真分析還是裝機(jī)測試，均需要反復(fù)調(diào)試，盡管某些設(shè)計方案能 夠達(dá)到指標(biāo)要求，但很多情況下，該設(shè)計并非最佳的設(shè)計方案，還有改善的余地，凸顯其設(shè) 計效率低，更需要設(shè)計師具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種同時兼顧隔振率 和解耦率兩個設(shè)計目標(biāo)，在保證隔振率的同時有效降低各階剛體模態(tài)的耦合作用影響，能 夠真正提升隔振系統(tǒng)的隔振性能，設(shè)計過程中無需反復(fù)調(diào)試，得到的設(shè)計參數(shù)為最優(yōu)值，效 果評估參數(shù)必能滿足指標(biāo)要求，設(shè)計結(jié)果準(zhǔn)確高效的用于動力機(jī)械設(shè)備的單層隔振系統(tǒng)設(shè) 計方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種用于動力機(jī)械設(shè)備的單層隔振系統(tǒng)設(shè)計方法，步驟包括：
[0007] 1)對動力機(jī)械設(shè)備的振源進(jìn)行振動特性測試，獲取振源的激勵頻率f和隔振性能 參數(shù)；
[0008] 2)獲取動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)；
[0009]3)確定單層隔振系統(tǒng)中的隔振器個數(shù)η;
[0010]4)根據(jù)動力機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工程設(shè)計環(huán)境確定單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的約束條件，所 述約束條件包括單層隔振系統(tǒng)中隔振器的布局約束條件、動力機(jī)械設(shè)備的垂向靜位移限值 約束條件、單層隔振系統(tǒng)中減振器的垂向靜位移一致性約束條件、單層隔振系統(tǒng)中隔振器 的橫垂及縱垂剛度比約束條件；
[0011] 5)建立隔振率和綜合解耦率的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，作為單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計目 標(biāo)；
[0012] 6)根據(jù)振源的激勵頻率f和隔振性能參數(shù)、動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)、單層隔振 系統(tǒng)中的隔振器個數(shù)n、所述單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的約束條件、所述單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計 目標(biāo)建立多體動力學(xué)模型，在所述多體動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上利用粒子群優(yōu)化算法對單層隔 振系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化計算，得到單層隔振系統(tǒng)中隔振器的剛度優(yōu)化參數(shù)和布局優(yōu)化參數(shù)。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟2)中獲取動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)具體是指對動力機(jī)械設(shè)備 進(jìn)行三線擺試驗(yàn)得到動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)，或者對動力機(jī)械設(shè)備的三維模型進(jìn)行計算 得到動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)；所述得到動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)包括質(zhì)量m，質(zhì)心位置、 轉(zhuǎn)動慣量和慣性積。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟4)中單層隔振系統(tǒng)中隔振器的布局約束條件如式（1)所示，動 力機(jī)械設(shè)備的垂向靜位移限值約束條件如式（2)所示，單層隔振系統(tǒng)中減振器的垂向靜位 移一致性約束條件如式（3)所示，單層隔振系統(tǒng)中隔振器的橫垂及縱垂剛度比約束條件如 式⑷所示；
[0015]
⑴
[0016] 式⑴中AAA為單層隔振系統(tǒng)中第i個隔振器的安裝位置，aI，γι為單 層隔振系統(tǒng)中第i個隔振器的安裝角度，Xl._、yi._、Zl._分別為第i個隔振器的x、y、z軸 坐標(biāo)的下限值，Xl._、yi._、Zl._分別為第i個隔振器的x、y、z軸坐標(biāo)的上限值，αβl _、分別為單層隔振系統(tǒng)中第i個隔振器α、β、γ方向角度的下限值，α、_、 _、y 分別為單層隔振系統(tǒng)中第i個隔振器α、β、γ方向角度的上限值；
[0017]
(2)
[0018] 式⑵中，Klz為單層隔振系統(tǒng)中第i個隔振器的垂向剛度，η為單層隔振系統(tǒng)中 隔振器的數(shù)量，m為單層隔振系統(tǒng)總質(zhì)量，g為重力加速度，s_為動力機(jī)械設(shè)備允許的最大 靜位移；
[0019]
[0020] 式⑶中A為第i個隔振器的載荷，Klz為第i個隔振器的垂向剛度，η為單層隔 振系統(tǒng)中隔振器的數(shù)量，s為允許垂向靜位移；
[0021] (4)
[0022] 式⑷中，Klz為第i個隔振器的垂向剛度，Klx為第i個隔振器的橫向剛度，Kly為 第i個隔振器的縱向剛度，zx_、zx_分別為縱垂剛度比的下限和上限，zy_、zy_分別為 橫垂剛度比的下限和上限。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟5)中建立的隔振率的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（5)所示；
[0024]
(5)
[0025」XVWT，J0I4振率的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)結(jié)果，N為單層隔振系統(tǒng)被配置的固有頻 率階數(shù)，ni為單層隔振系統(tǒng)第i階頻率的加權(quán)因子，變量s^勺計算函數(shù)表達(dá)式如式（6)所 示；
[0026]
(€)
[0027] 式（6)中，X為設(shè)計變量向量；fjx)為單層隔振系統(tǒng)的第i階固有頻率，gl_、gl_ 分別為單層隔振系統(tǒng)第i階固有頻率的配置極小值和極大值。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟5)中建立綜合解耦率的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（7)所示；
[0029]
(7)
[0030] 式（5)中，1為綜合解耦率的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)結(jié)果，N為單層隔振系統(tǒng)被配置的固有 頻率階數(shù)，ni為單層隔振系統(tǒng)第i階頻率的加權(quán)因子，EP^為系統(tǒng)第i階模態(tài)振動時第i 個廣義坐標(biāo)的解耦率，EPij^計算函數(shù)表達(dá)式如式（8)所示；
[0031]
(8)
[0032] 式⑶中，EP+為系統(tǒng)第j階模態(tài)振動時第k個廣義坐標(biāo)的解耦率，當(dāng)EP^為100% 時表明第j階階模態(tài)完全解耦；N為單層隔振系統(tǒng)被配置的固有頻率階數(shù)，辦々../)、舛/../) 分別為第j階振型的第k個和第1個元素，M(k，1)為單層隔振系統(tǒng)質(zhì)量矩陣的第k行第1 列元素。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟6)中的詳細(xì)步驟包括：
[0034] 6. 1)根據(jù)振源的激勵頻率f和隔振性能參數(shù)、動力機(jī)械設(shè)備的慣性參數(shù)、單層隔 振系統(tǒng)中的隔振器個數(shù)n、所述單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的約束條件、所述單層隔振系統(tǒng)設(shè)計的設(shè) 計目標(biāo)建立如式（9)所示的多體動力學(xué)模型；
[0035]
m
[0036] 式（9)中，Μ為隔振系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣，K為剛度矩陣，C為阻尼矩陣，{q}為廣義坐 標(biāo)列向量；{F(t)}為系統(tǒng)的所受激勵力列向量；
[0037] 6. 2)在所述多體動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上利用粒子群優(yōu)化算法初始化一群隨機(jī)粒子， 其中粒子i的位置和速度的D維向量形式如式（10)所示；
[0038]
(10)
[0039] 式（10)中，\為粒子i的位置，Vi為例子i的速度，XlD為粒子i的第D維的位置 標(biāo)量，viD為粒子i的第D維的速度標(biāo)量；
[0040] 6. 3)各個粒子基于所述多體動力學(xué)模型開始查找個體極值pBest和全局極值 gBest，當(dāng)每一個粒子在找到個體極值pBest和全局極值gBest后，采用式（11)所示函數(shù)表 達(dá)式更新自己的速度和位置，最終飛至解空間中最優(yōu)解所在的位置，搜索過程結(jié)束并最終 輸出全局最優(yōu)解，確定單層隔振系統(tǒng)中隔振器的剛度優(yōu)化參數(shù)和布局優(yōu)化參數(shù)；
[00411
[0042] 式（11)中，ι4+1為粒子i在第t+Ι次迭代中第d維的速度，沁為粒子i在第t次迭 代中第d維的速度，xf為粒子i在第t+Ι次迭代中第d維的當(dāng)前位置，筆為粒子i在第t次 迭代中第d維的當(dāng)前位置，為粒子i在第t次迭代中找到的個體極值pBest， 為粒子i在第t次迭代中找到的個體極值gBest，ram/丨(）、/w〃A()均為（〇, 1)之間的隨機(jī) 數(shù)，(^、c2為加速因子，ω是加權(quán)系數(shù)。
[0043] 優(yōu)選地，所述步驟6)包括對隔振器的剛度優(yōu)化參數(shù)和布局優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化效 果評估的步驟，所述優(yōu)化效果評