简谐荷载作用下土体建模和防微振基础隔振研究
发布时间：2021-09-12 09:37
随着各类高科技工业精密产品的大量生产,高科技电子厂房开始大量兴建。高科技电子厂房比传统工业厂房有更高的防微振需求,所以微振动控制设计对保证电子厂房内精密仪器的正常使用是必不可少的。高科技电子厂房防微振问题是非常复杂的问题,其中土体中波动的传播路径和衰减规律是电子厂房防微振设计的前提条件。本文首先研究了土体的建模原则以及多个参数对土体表面振动响应的影响,为电子厂房的隔振设计提供理论建模原则。其次基于上述研究结果进一步研究了防微振基础竖向的减振效果,为防微振基础在高科技电子厂房中的应用设计提供依据。具体结论如下:建立二维轴对称土体模型分别研究网格大小、人工边界和模型尺寸的选取原则。结论如下:1)合理离散网格大小宜为（7）1/91/6（8）?m in;2)土体模型长度建议至少是3倍波长加上观察点与振源的距离值,模型厚度建议至少是2倍波长加上观察点与振源的距离值;3)粘弹性边界可以模拟土体模型的有限截断边界,且比固定边界和粘性边界的模拟精度都高。基于上述建模原则建立土体模型,研究了不同参数对土体表面振动响应的影响。结论如下:1)...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
体波传播方向
第2章理论知识13图2-2瑞利波传播方向Fig.2-2PropagationdirectionofRayleighwave2.1.4振动的传播与衰减1、振动衰减原因振动衰减的两大主要原因是几何与材料阻尼。体波呈现半球面向外传播和面波呈现环状向外扩散传播时波动的振动面变大，但由于波动的总能量是不变的，所以导致能量分布变得稀疏了，即能量扩散导致密度变小了，这就是几何阻尼（辐射阻尼）。材料阻尼是土的材料特性所致，因为土颗粒之间的非弹性和粘性作用（比如摩擦力和滞变作用）在振动时吸收了部分波动能量。阻尼对振动衰减的影响不是成绝对正比关系的，其还和振源频率密切相关，当振源频率和物体结构的固有自振频率接近时，阻尼才会加大振动衰减的程度。除阻尼外，波动的衰减作用还和波动的传播方向、与振源之间的距离、土体类别有关。2、振动衰减特点前文提到，振动波在实际土体中的传播主要有三种形式：纵波（P波、压缩波）、横波（S波、剪切波）和瑞利波（R波）。其中，纵波（P波、压缩波）和横波（S波、剪切波）被称作体波，瑞利波（R波）是表面波。以上三种波在土体中的衰减速度是不相同的，纵波（P波、压缩波）衰减的最快，瑞利波（R波）衰减的最慢，横波（S波、剪切波）的衰减速度是位于P波和S波之间。正是因为瑞利波（R波）衰减的最慢，所以在距离振源很远的地方，P波和S波的能量远小于R波的能量，R波的能量占比大概有总波动能量的67%。由于R波是表面波且占比大，所以土体表面的振动是最强烈的。另外，波动衰减速度的快慢还和波的传播方向、与振源之间的距离、土体类别有关。其中竖向振动衰减速度比横、纵两个方向振动的衰减都要快。由于土体相当于一个滤波器，高频率波动的衰减比低频率波动要快，故振源近处衰减快，振源远处反之，最后的波动主要以低频为主。
第2章理论知识17图2-3PLANE183几何形状Fig.2-3GeometryshapesofPLANE183elements图2-4COMBINE14几何形状Fig.2-4GeometryshapesofCOMBINE14elements2.2.3谐响应分析理论利用ANSYS软件进行模态分析得到的是结构物本身的特性结果。对结构物模型进行完模态分析后，可以施加周期性的荷载外力继续进行谐响应分析得到不同频率时的稳态响应振幅值，然后通过后处理器绘制出结构物模型的结果曲线，其包括位移、速度和加速度三种响应，校验此结果是否满足设计需要。通过观察谐响应分析得到的稳态响应振幅值可以避免结构物发生共振，所有此分析经常被微振动控制工程领域广泛使用。本论文分析全部采用二维轴对称模型进行谐响应分析计算得到结果。动力学基本方程（谐响应分析）公式为：CMxxxtFK(2-29)式中：M，C，K——分别为质量、阻尼和刚度矩阵；x，x，x——分别为距离加速度、速度和位移；tF——为外力荷载。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轨道交通连续型隔振屏障隔振效果有限元分析[J]. 郁雯,左岩岩,刘杰,温孟瑶. 地震工程学报. 2020(05)
[2]地面列车荷载作用下地屏障对建筑楼板的隔振效果分析[J]. 邬玉斌,宋瑞祥,何蕾,刘必灯. 振动工程学报. 2020(02)
[3]隔振沟槽几何参数对隔振效果的影响研究[J]. 刘晶磊,于川情,刘桓,赵晓玉,王奥运. 振动工程学报. 2018(06)
[4]土动力学参数统计分析研究综述[J]. 文雯. 工程建设与设计. 2018(21)
[5]轨道交通单排非连续隔振屏障隔振效果模型试验研究[J]. 刘晶磊,冯桂帅,王建华,刘桓,赵敏,仉健. 振动与冲击. 2018(11)
[6]瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响[J]. 胡成宝,王云岗,凌道盛. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[7]结构地震反应分析中的阻尼问题探讨[J]. 谢靖中. 建筑结构. 2015(23)
[8]不同隔振措施隔振效果的试验研究[J]. 徐岩,张楠. 港工技术. 2015(04)
[9]成都平原粘性土动力学参数统计分析[J]. 史丙新,周荣军,吕悦军,李建亮,亢川川,孔军. 震灾防御技术. 2015(02)
[10]应用通用程序计算深覆盖土层地震反应的几个问题[J]. 楼梦麟,邵新刚. 振动与冲击. 2015(04)
硕士论文
[1]移动列车荷载作用下隔振沟的隔振效果研究[D]. 郑鹏.天津大学 2018
[2]2.5维有限/无限元法分析列车诱发的振动对建筑的影响[D]. 葛鹏彬.重庆大学 2018
[3]饱和土体中层状连续屏障隔振研究[D]. 杨园野.华东交通大学 2017
[4]地铁近场建筑物周期性排桩隔振性能研究[D]. 王另的.中国铁道科学研究院 2016
本文编号：3393993
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
体波传播方向
第2章理论知识13图2-2瑞利波传播方向Fig.2-2PropagationdirectionofRayleighwave2.1.4振动的传播与衰减1、振动衰减原因振动衰减的两大主要原因是几何与材料阻尼。体波呈现半球面向外传播和面波呈现环状向外扩散传播时波动的振动面变大，但由于波动的总能量是不变的，所以导致能量分布变得稀疏了，即能量扩散导致密度变小了，这就是几何阻尼（辐射阻尼）。材料阻尼是土的材料特性所致，因为土颗粒之间的非弹性和粘性作用（比如摩擦力和滞变作用）在振动时吸收了部分波动能量。阻尼对振动衰减的影响不是成绝对正比关系的，其还和振源频率密切相关，当振源频率和物体结构的固有自振频率接近时，阻尼才会加大振动衰减的程度。除阻尼外，波动的衰减作用还和波动的传播方向、与振源之间的距离、土体类别有关。2、振动衰减特点前文提到，振动波在实际土体中的传播主要有三种形式：纵波（P波、压缩波）、横波（S波、剪切波）和瑞利波（R波）。其中，纵波（P波、压缩波）和横波（S波、剪切波）被称作体波，瑞利波（R波）是表面波。以上三种波在土体中的衰减速度是不相同的，纵波（P波、压缩波）衰减的最快，瑞利波（R波）衰减的最慢，横波（S波、剪切波）的衰减速度是位于P波和S波之间。正是因为瑞利波（R波）衰减的最慢，所以在距离振源很远的地方，P波和S波的能量远小于R波的能量，R波的能量占比大概有总波动能量的67%。由于R波是表面波且占比大，所以土体表面的振动是最强烈的。另外，波动衰减速度的快慢还和波的传播方向、与振源之间的距离、土体类别有关。其中竖向振动衰减速度比横、纵两个方向振动的衰减都要快。由于土体相当于一个滤波器，高频率波动的衰减比低频率波动要快，故振源近处衰减快，振源远处反之，最后的波动主要以低频为主。
第2章理论知识17图2-3PLANE183几何形状Fig.2-3GeometryshapesofPLANE183elements图2-4COMBINE14几何形状Fig.2-4GeometryshapesofCOMBINE14elements2.2.3谐响应分析理论利用ANSYS软件进行模态分析得到的是结构物本身的特性结果。对结构物模型进行完模态分析后，可以施加周期性的荷载外力继续进行谐响应分析得到不同频率时的稳态响应振幅值，然后通过后处理器绘制出结构物模型的结果曲线，其包括位移、速度和加速度三种响应，校验此结果是否满足设计需要。通过观察谐响应分析得到的稳态响应振幅值可以避免结构物发生共振，所有此分析经常被微振动控制工程领域广泛使用。本论文分析全部采用二维轴对称模型进行谐响应分析计算得到结果。动力学基本方程（谐响应分析）公式为：CMxxxtFK(2-29)式中：M，C，K——分别为质量、阻尼和刚度矩阵；x，x，x——分别为距离加速度、速度和位移；tF——为外力荷载。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轨道交通连续型隔振屏障隔振效果有限元分析[J]. 郁雯,左岩岩,刘杰,温孟瑶. 地震工程学报. 2020(05)
[2]地面列车荷载作用下地屏障对建筑楼板的隔振效果分析[J]. 邬玉斌,宋瑞祥,何蕾,刘必灯. 振动工程学报. 2020(02)
[3]隔振沟槽几何参数对隔振效果的影响研究[J]. 刘晶磊,于川情,刘桓,赵晓玉,王奥运. 振动工程学报. 2018(06)
[4]土动力学参数统计分析研究综述[J]. 文雯. 工程建设与设计. 2018(21)
[5]轨道交通单排非连续隔振屏障隔振效果模型试验研究[J]. 刘晶磊,冯桂帅,王建华,刘桓,赵敏,仉健. 振动与冲击. 2018(11)
[6]瑞利阻尼物理本质及参数对动力响应的影响[J]. 胡成宝,王云岗,凌道盛. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[7]结构地震反应分析中的阻尼问题探讨[J]. 谢靖中. 建筑结构. 2015(23)
[8]不同隔振措施隔振效果的试验研究[J]. 徐岩,张楠. 港工技术. 2015(04)
[9]成都平原粘性土动力学参数统计分析[J]. 史丙新,周荣军,吕悦军,李建亮,亢川川,孔军. 震灾防御技术. 2015(02)
[10]应用通用程序计算深覆盖土层地震反应的几个问题[J]. 楼梦麟,邵新刚. 振动与冲击. 2015(04)
硕士论文
[1]移动列车荷载作用下隔振沟的隔振效果研究[D]. 郑鹏.天津大学 2018
[2]2.5维有限/无限元法分析列车诱发的振动对建筑的影响[D]. 葛鹏彬.重庆大学 2018
[3]饱和土体中层状连续屏障隔振研究[D]. 杨园野.华东交通大学 2017
[4]地铁近场建筑物周期性排桩隔振性能研究[D]. 王另的.中国铁道科学研究院 2016
本文编号：3393993
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