[发明专利]一种大型动力机器基础的地基参振质量分析方法

说明书

本发明公开了一种大型动力机器基础地基参振质量分析方法，可以准确的计算得到地基参振质量，满足基础设计和分析的需求。所述方法步骤包括：建立大型动力机器基础结构的有限元模型；建立实体地基的有限元模型；建立离心机基础结构和地基土体的耦合关系；设置实体地基土体外侧人工边界；分别设置有质量地基模型和无质量地基模型；构建一段白噪声时程荷载；基于无质量地基模型，开展白噪声激振的动力时程计算；基于有质量地基模型，开展白噪声激振的动力时程计算；分别将有无质量地基模型白噪声激振得到的振动位移响应进行频谱分析，得到峰值频率；根据有无地基质量模型分别得到的峰值频率计算地基参振质量。

技术领域

本发明涉及土木工程中的大型动力机器基础振动分析技术领域，尤其涉及一种大型动力机器基础的地基参振质量分析方法。

背景技术

随着工业技术和社会经济的高速发展，越来越多的大型动力机器逐步投入应用，如超大型土工离心机、高转速汽轮机、超高压压缩机等。大型动力机器运行需要一个稳定的基础支持，在动力荷载作用下，基础的振动问题研究不容忽视。

目前对于大型动力机器基础振动特性的分析研究，主要有以下两种传统的经典理论体系。第一种是以D.D.Barkan为代表的学者提出的“质量-弹簧-阻尼”理论，该理论假定基础为仅有质量的无弹性刚体，地基为无质量的弹簧和反映体系阻尼效应的阻尼器，采用集总参数模型分析体系的振动。第二种是E.Reissner等提出的弹性半空间理论，该理论假定地基土为均质的、各向同性的弹性半空间体，刚性基础置于弹性半空间体的表面，以弹性波动理论进行分析。

目前我国采用的《动力机器基础设计规范》GB50040-2020，下文简称《动规》)主要依据质-弹-阻理论进行编制，常规的大型动力机器基础设计一般依据该规范进行动力计算和校核分析，如振动台、发电机、破碎机以及磨机等。随着有限元计算技术的发展，数值模拟软件越来越多地应用在动力机器基础振动分析中，大大提高了对于复杂基础结构型式的计算效率和精度。

但随着研究的深入，发现对于复杂地基中的大型动力机器基础，目前仍存在地基参振质量参数取值不明确的问题。《动规》条文说明3.4.11指出：土的参振质量变化范围很大，约为基础本身质量的0.43～2.9倍，它与基础的质量比或底面积的关系都无明显的规律性。因此，在实际分析中，《动规》没有给出明确的地基参振质量，这导致在动力机器基础振动特性分析时理论完备性不足。尤其是对于软土地基中的大型埋置式动力机器基础，地基参振质量对于基础振动特性影响比较显著，取值误差会导致计算准确性显著下降。

发明内容

本发明是针对现有技术中的上述问题，提供一种大型动力机器基础的地基参振质量分析方法，引入白噪声激振的计算手段，能够在综合反映实际地基土体作用的情况下，对大型动力机器基础的地基参振质量进行准确分析，具有较强的实用性和科学性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种大型动力机器基础的地基参振质量分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立大型动力机器基础结构的有限元模型；

步骤2：获取地基详细勘测数据，建立实体地基土体的有限元模型；

步骤3：建立大型动力机器基础结构和地基土体的耦合关系；

步骤4：实体地基土体模型外侧构建粘弹性人工边界；

步骤5：将原地基土体的有限元模型定义为有质量地基模型A，根据原地基土体的有限元模型构建无质量地基模型B；

步骤6：基于无质量地基模型B开展模态分析，得到大型动力机器基础在考虑实际地基土层弹性作用下各阶模态的振型和自振频率；

步骤7：构建一段白噪声时程荷载；

步骤8：基于无质量地基模型B，开展白噪声激振的动力时程计算；