CN110598306B - 一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 - Google Patents
一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110598306B CN110598306B CN201910841157.XA CN201910841157A CN110598306B CN 110598306 B CN110598306 B CN 110598306B CN 201910841157 A CN201910841157 A CN 201910841157A CN 110598306 B CN110598306 B CN 110598306B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- foundation
- machine tool
- elastic modulus
- matrix
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 26
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims description 17
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 15
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 12
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 9
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 6
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
本发明公开了一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法,属于重型机床隔振技术领域。其中构建车间梁基础以及机床地基基础的耦合作用对外部干扰因素的影响。该方法包括对车间梁基础的深度、宽度、加筋层以及基础的排布方式等建模,还包括梁基础与机床地基基础的耦合作用关系的建模,最终搭建出车间梁基础‑机床地基基础隔振***。本发明很大程度为梁基础的设计提供了理论支撑,不仅对梁基础的静力学特性有要求,还考虑其动态特性对重型机床隔振的影响,对指导重型机床加工精度的提升具有重要工程意义。
Description
技术领域
本发明属于重型机床隔振技术领域,其中涉及到车间梁基础的数学建模(梁基础的深度、宽度、加筋层数和基础排列方式等参数),基于振动方程推导出梁基础—机床地基基础隔振模型。
背景技术
在生产加工过程中,重型机床加工精度受外界因素(低频振动信号)影响较大。环境因素的干扰会引起机床本体的振动,主要表现在切削刀具与被加工零件间的相对位移扰动,这直接反映到被加工零件的精度和表面加工质量,所以必须将低频震源信号隔除。目前隔振方式主要可分为主动隔振和被动隔振,主动隔振是涉及机床数控***的参数调校来修正由于外源信号导致机床的几何误差。而被动隔振主要是通过设计隔振结构(隔振沟、隔振桩等)来摒除外源信号的干扰,往往在重型机床领域使用该方法比较常见。本发明不仅考虑了机床地基基础隔振效果,还考虑到车间梁基础对外部振源信号的隔除作用,充分将两者联系在一起,搭建出车间梁基础-机床地基基础隔振力学模型。
发明内容
本发明的核心是将车间梁基础与机床地基基础的物理模型转换为可解析的数学模型,其次利用振动方程将二者耦合在一起,建立出梁基础-机床地基基础的隔振力学模型。
为了实现上述隔振***的搭建,本发明采用的技术方案为一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法,包括(1)梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;(2)基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;(3)采用振动方程,两者耦合进行计算。(4)建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程。
具体而言,各步骤技术方案如下:
步骤1梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;
步骤1.1基础是由钢筋混凝土混合而成,钢筋混凝土是一种复合材料,其单层平面网状加筋层的弹性模量可分为x方向、y方向以及z方向弹性模量如下:
E1z=Efλf+2Emλm (2)
式中:
E1z——单层加筋层z方向弹性模量;
E1x——单层加筋层x方向弹性模量;
E1y——单层加筋层y方向弹性模量;
λf——单层加筋层混凝土占材料比例,
λm——筋网横向布筋占材料比例,
Ef——混凝土材料弹性模量;
Em——筋材料弹性模量;
步骤1.2复合材料片状梁基础的布筋形式中,加筋混凝土基础等效弹性为:
Ex=E1xλp+Efλs (3)
Ey=Ez=E1zλp+Efλs (4)
式中:
Ex——加筋混凝土基础x方向弹性模量;
Ey——加筋混凝土基础y方向弹性模量;
Ez——加筋混凝土基础z方向弹性模量;
λp——所有筋层占材料比例,
λs——素混凝土层占材料比例,分别为基础的长、宽和高;ρfρm分别为素混凝土的密度和钢筋密度;r表示钢筋截面半径;n1 n2分别表示x方向和y方向钢筋的个数;
步骤2基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;
步骤2.1梁基础被水平加筋层分为3个部分。x方向、y方向和z方向弹性模量由式(1)至式(5)计算可得,同时根据材料的连续性,计算出复合材料的各向弹性模量近似相等,即可认为梁基础材料属性是各向同性材料,其等效弹性模量E'
步骤2.2根据梁基础受力情况,对于宏观各向同性材料,刚度矩阵K写为
其中,剪切模量泊松比/>体积模量/>
步骤2.3由相关文献可知,宏观各向同性材料的阻尼矩阵正比于刚度矩阵,将阻尼矩阵看作是质量矩阵与刚度组件的线性组合:
[C]=α[M]+β[K] (7)
其中系数α,β与结构的固有频率和阻尼比相关。设ωi和ωj分别为第i和j个固有频率,ξi和ξj分别为第i和j个振型的阻尼比,那么α,β可以表示为
步骤3采用振动方程,两者耦合进行计算;机床地基基础的材料属性、刚度矩阵的计算方式与上述梁基础计算过程一样。当车间外部振动信号在梁基础与机床地基之间的传递时,会导致床身发生变形。为将研究外部振源对梁基础与机床地基基础的影响,采用子结构法对其进行简化处理,然后根据动力学方程将梁基础和机床地基基础进行耦合。
式中:
[M]——基础的质量矩阵;
[C]——基础的阻尼矩阵;
[K]——基础的刚度矩阵;
{F}——基础上作用力列阵;
——基础上的加速度列阵;
——基础上的速度列阵;
{x}——基础上的位移列阵;
步骤4建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程,如下
本发明具有以下优点和积极效果是:考虑一种车间梁基础——机床地基基础***的隔振效果。当外部震源信号以波的形式传递,其中经过梁基础和机床地基基础之后,震源信号的能量会被消耗,这时有极少一部分会传递给机床,进而减小机床的振动几何误差,提高机床的加工精度。同时对梁基础和机床地基基础的设计具有指导价值,对提高我国重型机床的加工精度具有实际工程意义。
附图说明
图1单层平面网状加筋层图。
图2基础的布筋形式图。
图3梁基础与机床地基基础的振动***图。
具体实施方式
本发明采用的技术方案为一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法,包括(1)梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;(2)基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;(3)采用振动方程,两者耦合进行计算。(4)建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程。
具体而言,各步骤技术方案如下:
步骤1梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;
步骤1.1基础是由钢筋混凝土混合而成,钢筋混凝土是一种复合材料,其单层平面网状加筋层的弹性模量可分为x方向、y方向以及z方向弹性模量(图1)
E1z=Efλf+2Emλm (2)
式中:
E1z——单层加筋层z方向弹性模量;
E1x——单层加筋层x方向弹性模量;
E1y——单层加筋层y方向弹性模量;
λf——单层加筋层混凝土占材料比例,
λm——筋网横向布筋占材料比例,
Ef——混凝土材料弹性模量;
Em——筋材料弹性模量;
步骤1.2复合材料片状梁基础的布筋形式应符合《动力机器基础设计规范(GB50040-96)》相关规定(图2),其等效弹性为:
Ex=E1xλp+Efλs (3)
Ey=Ez=E1zλp+Efλs (4)
式中:
Ex——加筋混凝土基础x方向弹性模量;
Ey——加筋混凝土基础y方向弹性模量;
Ez——加筋混凝土基础z方向弹性模量;
λp——所有筋层占材料比例,
λs——素混凝土层占材料比例,分别为基础的长、宽和高;ρfρm分别为素混凝土的密度和钢筋密度;r表示钢筋截面半径;n1 n2分别表示x方向和y方向钢筋的个数;
步骤2基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;
步骤2.1梁基础被水平加筋层分为3个部分。x方向、y方向和z方向弹性模量由式(1)至式(5)计算可得,同时根据材料的连续性,计算出复合材料的各向弹性模量近似相等,即可认为梁基础材料属性是各向同性材料,其等效弹性模量E'
步骤2.2根据梁基础受力情况,对于宏观各向同性材料,刚度矩阵K写为
其中,剪切模量泊松比/>体积模量/>
步骤2.3由相关文献可知,宏观各向同性材料的阻尼矩阵正比于刚度矩阵,将阻尼矩阵看作是质量矩阵与刚度组件的线性组合:
[C]=α[M]+β[K] (7)
其中系数α,β与结构的固有频率和阻尼比相关。设ωi和ωj分别为第i和j个固有频率,ξi和ξj分别为第i和j个振型的阻尼比,那么α,β可以表示为
步骤3采用振动方程,两者耦合进行计算;机床地基基础的材料属性、刚度矩阵的计算方式与上述梁基础计算过程一样。当车间外部振动信号在梁基础与机床地基之间的传递时,会导致床身发生变形。为将研究外部振源对梁基础与机床地基基础的影响,这里采用子结构法对其进行简化处理(图3),然后根据动力学方程将梁基础和机床地基基础进行耦合。
式中:
[M]——基础的质量矩阵;
[C]——基础的阻尼矩阵;
[K]——基础的刚度矩阵;
{F}——基础上作用力列阵;
——基础上的加速度列阵;
——基础上的速度列阵;
{x}——基础上的位移列阵;
步骤4建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程,如下
本发明具有以下优点和积极效果是:考虑一种车间梁基础——机床地基基础***的隔振效果。当外部震源信号以波的形式传递,其中经过梁基础和机床地基基础之后,震源信号的能量会被消耗,这时有极少一部分会传递给机床,进而减小机床的振动几何误差,提高机床的加工精度。同时对梁基础和机床地基基础的设计具有指导价值,对提高我国重型机床的加工精度具有实际工程意义。
Claims (1)
1.一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法,其特征在于:包括(1)梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;(2)基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;(3)采用振动方程,两者耦合进行计算;(4)建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程;
各步骤如下:
步骤1梁基础的等效弹性模量和刚度矩阵以及机床地基基础的弹性模量和刚度矩阵建立;
步骤1.1基础是由钢筋混凝土混合而成,钢筋混凝土是一种复合材料,其单层平面网状加筋层的弹性模量可分为x方向、y方向以及z方向弹性模量如下:
E1z=Efλf+2Emλm (2)
式中:
E1z——单层加筋层z方向弹性模量;
E1x——单层加筋层x方向弹性模量;
E1y——单层加筋层y方向弹性模量;
λf——单层加筋层混凝土占材料比例,λm——筋网横向布筋占材料比例,/>
Ef——混凝土材料弹性模量;
Em——筋材料弹性模量;
步骤1.2复合材料片状梁基础的布筋形式中,加筋混凝土基础等效弹性为:Ex=E1xλp+Efλs (3)
Ey=Ez=E1zλp+Efλs (4)
式中:
Ex——加筋混凝土基础x方向弹性模量;
Ey——加筋混凝土基础y方向弹性模量;
Ez——加筋混凝土基础z方向弹性模量;
λp——所有筋层占材料比例,
λs——素混凝土层占材料比例,l,w,h分别为基础的长、宽和高;ρfρm分别为素混凝土的密度和钢筋密度;r表示钢筋截面半径;n1 n2分别表示x方向和y方向钢筋的个数;
步骤2基于子结构法,将车间梁基础和机床地基基础分块处理;
步骤2.1梁基础被水平加筋层分为3个部分;x方向、y方向和z方向弹性模量由式(1)至式(5)计算可得,同时根据材料的连续性,计算出复合材料的各向弹性模量近似相等,即可认为梁基础材料属性是各向同性材料,其等效弹性模量E':
步骤2.2根据梁基础受力情况,对于宏观各向同性材料,刚度矩阵K写为
其中,剪切模量泊松比/>体积模量/>步骤2.3宏观各向同性材料的阻尼矩阵正比于刚度矩阵,将阻尼矩阵看作是质量矩阵与刚度组件的线性组合:
[C]=α[M]+β[K] (7)其中系数α,β与结构的固有频率和阻尼比相关;设ωi和ωj分别为第i和j个固有频率,λi和λj分别为第i和j个振型的阻尼比,那么α,β表示为
步骤3采用振动方程,两者耦合进行计算;机床地基基础的材料属性、刚度矩阵的计算方式与梁基础计算过程一样;当车间外部振动信号在梁基础与机床地基之间的传递时,会导致床身发生变形;采用子结构法对其进行简化处理,然后根据动力学方程将梁基础和机床地基基础进行耦合;
式中:
[M]——基础的质量矩阵;
[C]——基础的阻尼矩阵;
[K]——基础的刚度矩阵;
{F}——基础上作用力列阵;
——基础上的加速度列阵;
——基础上的速度列阵;
{x}——基础上的位移列阵;
步骤4建立梁基础子结构1与机床地基基础子结构2的***动力学方程,如下
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910841157.XA CN110598306B (zh) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | 一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910841157.XA CN110598306B (zh) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | 一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110598306A CN110598306A (zh) | 2019-12-20 |
CN110598306B true CN110598306B (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=68857962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910841157.XA Active CN110598306B (zh) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | 一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110598306B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112395767B (zh) * | 2020-11-24 | 2024-03-08 | 北京工业大学 | 一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法 |
CN113722948B (zh) * | 2021-08-01 | 2023-04-04 | 北京工业大学 | 一种考虑徐变效应的重型机床基础沉降变形计算方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103150458A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-06-12 | 中南大学 | 车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合***及其动力分析方法 |
CN109902418A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-18 | 南京理工大学 | 一种计算eacld中心刚体-悬臂梁模型动力学响应的仿真方法 |
CN110059382A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-26 | 北京工业大学 | 一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI497242B (zh) * | 2014-04-11 | 2015-08-21 | Ind Tech Res Inst | 工具機之設計方法及設計系統 |
-
2019
- 2019-09-05 CN CN201910841157.XA patent/CN110598306B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103150458A (zh) * | 2013-04-01 | 2013-06-12 | 中南大学 | 车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合***及其动力分析方法 |
CN109902418A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-18 | 南京理工大学 | 一种计算eacld中心刚体-悬臂梁模型动力学响应的仿真方法 |
CN110059382A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-26 | 北京工业大学 | 一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
田杨 等.重型龙门数控机床-基础***承载变形 .北京工业大学学报.2016,第42卷(第1期),9-16. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110598306A (zh) | 2019-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110598306B (zh) | 一种考虑车间梁基础与机床地基基础耦合下的隔振建模方法 | |
CN112287574B (zh) | 一种用于波浪荷载作用下的桩基动力稳定性分析计算方法 | |
Buzrukov et al. | Features of the joint work of structures and pile foundations on loess foundations | |
CN103225368B (zh) | 一种钢板网约束柱塑性铰区混凝土结构及制备方法 | |
Katzenbach et al. | Assessing settlement of high‐rise structures by 3D simulations | |
CN101811257A (zh) | 机床床身结构优化设计方法 | |
CN104992013A (zh) | 一种山岭隧道抗震分析的方法 | |
CN103061800A (zh) | 一种矿用救生舱舱体结构优化设计方法 | |
CN113360996B (zh) | 一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法及装置 | |
Ma et al. | PrintNervi–Design and construction of a ribbed floor system in the digital era | |
CN105279311B (zh) | 钢箱梁顶推施工管理方法 | |
CN109098058B (zh) | 交通荷载减振结构及施工方法 | |
CN111177913A (zh) | 一种蜂窝夹层板的横向振动控制方法 | |
Hidding et al. | Structural adaptation through stiffness tuning | |
JP5088619B2 (ja) | 部分改良地盤の変形量の簡易算定法 | |
CN218466571U (zh) | 一种用于超大型振动台的整体联合基础 | |
CN113722948B (zh) | 一种考虑徐变效应的重型机床基础沉降变形计算方法 | |
Xu et al. | Study on LQR control algorithm using superelement model | |
Coulier et al. | A comparison of two models for the vibration response of piled foundations to inertial and underground-railway-induced loadings | |
CN117688655B (zh) | 基于数值模拟的建筑物桩承台加固抬升方法 | |
Müller et al. | Ecologically motivated approaches for improving low-frequency sound and vibration performance in multistory timber buildings | |
CN106021748A (zh) | Ansaldo燃气轮机的基座设计方法 | |
Nazarenko et al. | Experimental research of forming machine with a spatial character of motion | |
CN117744217A (zh) | 交通荷载作用下桩网复合地基的动力柔度和荷载分担比确定方法 | |
Tang et al. | Rigidity Calculation Model for Transverse Joint of Prefabricated Utility Tunnel Based on Physical Guidance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |