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1、第35卷第1期土木工程学报Vol35No12002年2月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALFeb2002动力机器基础设计的数值方法研究蒋东旗谢定义(浙江大学)(西安理工大学)摘要在数值方法总的思路指导下,结合动力机器基础振动的特点,把土与基础视作一弹性共同作用体系,利用大型工程分析软件ADINA,分别对简单地基条件下基础不同振型及复杂地基条件下的耦合振动进行了系统的数值试验,并将所得的结果与相应条件下由!规范∀方法与Lysmer比拟法计算的结果进行了对比分析,验证了数值计算方法对
2、于动力机器基础设计的系统性、可行性与优越性。关键词动力机器基础质阻弹弹性半空间数值方法+中图分类号:TU4761文献标识码:A文章编号:1000131X(2002)01007405时地基土的本构关系明确,主要参数为弹性模量E及1前言波松比。可由其物理方程、几何方程和运动平衡方程得到动力机器基础地基体系的三维振动控制方[6]目前,国内外关于动力机器基础设计的理论和方程。法,主要有质阻弹模式和弹性半空间模式。建立在22荷载等效文克尔假定之上的质阻弹模式的动力机器基础设计为了便于有限元计算
3、,需把扰力荷载作等效处方法,尽管形式简单,方法成熟,但它与动力机器基础理。对于不同的振动类型,扰动荷载可按下列方法处及地基共同体系的实际作用机制及各种因素的反映还理。存在着较大的差别。这种方法除了刚度和阻尼确定比当基础与地基在机器产生的垂直扰动荷载作用下较复杂外,主要缺点是没有考虑地基土的惯性质量和发生垂直振动时,基础土系统振波的相互作用。作为理论上较质阻弹机器与基础相连模式先进的弹性半空间模式,在数学力学上是严密的,接,在荷载施加对方程中的主要参数,如刚度和阻尼,能够做出物理解上,可以采取把扰释,已经得到广泛发展。但是,应
4、该承认,定量地计算力荷载作为三维元地基和基础对动力特性影响的问题仍然没有解面荷载均匀地加到[1~4]决。对于复杂地基条件下(埋置、成层、不均匀性基础顶面(图1)。等)的动力机器基础,上述两种方法都只能建立在经验在数据输入时,通图1垂直振动扰动荷载的输入或简化假定之上,会造成计算结果与实际情况间的较过对顶面单元面角大误差。近年来迅速发展的数值计算理论有较为广泛点动力强度的控制[5]的适应性,故本文拟沿此途径对问题进行新的探讨。来描述面荷。当水平面上有扭转扰力矩M(t)作用时,基2数值计算理论与模型础将绕z轴发生扭转振动(图2)
5、。在荷载输入时,作如(图3)等效处理,且应满足21基本控制方程由于动力机器基础上的扰动荷载一般具有荷载小、频率高、往复次数多、作用时间长等特征,其土-6-4的纵向应变或剪应变量在10~10范围之内,土呈近似弹性特性。因此,把土与基础视作一线弹性共同作用体系,对于数值计算模型的选取是合适的。此收稿日期:20000226,收到修改稿日期:20000720图2扭转振动第35卷第1期蒋东旗等∋动力机器基础设计的数值方法研究∋75∋4在动力机器基础的一定范围内,动力反应已非常微M(t)=Fi(t)Si(1)[7]i=1弱
6、,甚至接近于零。在有限元分析中,可采用通常且F1与F3,F2与的人工边界。对圆形基础,根据经验,其计算范围的F4大小相等,方向底部边界取至8r0,侧部边界取至6r0,在这个范围的相反。边界上再用人工边界处理,如固定边界法、粘滞边界[8]当在偏心水平法、吸收边界法、透射边界法和统一边界法等。在扰力作用下,体系实际应用中,由于粘滞边界法物理意义清晰,处理方产生水平摇摆耦合法简单,对瞬态波吸收效果好,且在编制程序上易于图3振动荷载等效振动(图4)时,其实现,因此广为使用。故本文采用粘滞边界法,即在(O为顶面形心)扰动荷载输入按图5边
7、界各节点上,人工施加集中阻尼,其大小为处理。法向:Dn=∀Cp(4)切向:Ds=∀Cs(5)式中∀为介质密度,Cp、Cs分别为压缩波与剪切波EG传播速度,Cp=,Cs=。∀∀24基底形状的等效处理为了应用上述理论,实现有限元分析上的普遍性与统一性,需要对基度形状进行等效。本文采用文献[1]所介绍的确定等效圆形基础的等效半径的简化方图4水平摇摆振动(o为基础质法(以面积相等为等效条件),其等效半径r0的换算心,o#为o在基础顶面上的投影点)公式为:方形∃a%a&底面r0=0565a(6)矩形(B0%L0)底面r0=
8、055B0L0(7)如为较窄长的矩形底面,则有B0#1-1L0r0=logtan+tan+#42B0L0#1-1B0logtan+tan(8)B042L0图5水平扰动荷载的输入3数值方法研究一般情况下,扰力中心线不会通过基础,即水平扰
