[发明专利]一种基于弹簧-质量块串子模型的设备和开口加筋板耦合振动基频预报方法

权利要求书

1.一种基于弹簧-质量块串子模型的设备和开口加筋板耦合振动基频预报方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步：将整体结构分割成两个子结构，第一个子结构为含矩形开口的开口加筋板结构，第二个子结构为设备板架结构；

第二步：根据实际安装情况确定开口加筋板的边界条件，用有限元方法对开口加筋板进行模态分析，分析设备板架和开口加筋板的连接段刚度，确定设备板架的边界条件，用有限元方法对设备板架进行模态分析；

第三步：分别对开口加筋板和设备板架一阶固有振动的模态向量进行位移归一化，计算开口加筋板和设备板架一阶固有振动的模态刚度和模态质量；

第四步：针对整体结构，建立两个自由度的弹簧-质量块串子模型，并建立该模型的自由振动动力学方程；

步骤四中建立的弹簧-质量块串子模型，由两个弹簧s₁、s₂和两个质量块m₁、m₂串联组成，位置顺序为：刚性基础-s₁-m₁-s₂-m₂，其中s₁、s₂的刚度分别为开口加筋板和设备板架的模态刚度K₁、K₂，m₁、m₂的质量分别为开口加筋板和设备板架的模态质量M₁、M₂；

第五步：将开口加筋板和设备板架的模态参数代入弹簧-质量块串子模型的动力学方程中，对方程进行求解，得到其一阶固有频率，作为原始结构的基频预报值。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹簧-质量块串子模型的设备和开口加筋板耦合振动基频预报方法，其特征在于：步骤一中对整体结构进行分割时，根据整体结构的结构形式，在设备和开口加筋板的连接处，将整体结构分割成设备板架和含矩形开口的开口加筋板两个子结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于弹簧-质量块串子模型的设备和开口加筋板耦合振动基频预报方法，其特征在于：步骤二中单独对设备板架进行模态分析时，设备板架边界条件的选取依据是设备板架和开口加筋板的连接方式，设备板架和开口加筋板的连接方式为面板之间的螺栓连接，边界条件采用简支边界条件。

4.根据权利要求1所述的一种基于弹簧-质量块串子模型的设备和开口加筋板耦合振动基频预报方法，其特征在于：步骤三中计算设备板架和开口加筋板的模态质量和模态刚度时，可以采用两种方法；

第一种方法：首先在模态分析的结果文件中分别提取开口加筋板和设备板架的质量矩阵M₁、M₂、刚度矩阵K₁、K₂和一阶模态的模态向量φ₁、φ₂，将模态向量位移归一化，可表示为开口加筋板和设备板架基于位移归一化的模态质量和模态刚度的表达式为：

其中，M₁、K₁分别为开口加筋板的模态质量和模态刚度，M₂、K₂分别为设备板架的模态质量和模态刚度；

第二种方法：借助有限元商用软件的相关命令提取各单元基于位移归一化的一阶固有振动的动能t_i，i＝1,2,…,n，n为单元数量，对所有单元动能求和得到整体结构一阶固有振动的动能：

动能T还可表示为：

其中，M为结构基于位移归一化的模态质量，ω为结构的一阶固有角频率；

则可得结构的模态质量为：

结构的模态刚度为：

K＝ω²M

利用上述方法分别提取开口加筋板和设备板架基于位移归一化的一阶固有振动的单元动能和固有角频率，可计算得到两个子结构的模态质量M₁、M₂和模态刚度K₁、K₂。