[发明专利]一种质刚重合的三向等刚度气浮式隔振系统优化设计方法

说明书

本发明提供了一种质刚重合的三向等刚度气浮式隔振系统优化设计方法，包括步骤：(1)确定振动控制系统设计参数；(2)确定气浮式振动控制系统初步方案；(3)根据设计参数建立设计参数可变的有限元变量模型，以合适的精度划分网格，实现对整体有限元全参数化建模；(4)模态计算；(5)确定理想设计参数模型：判断通过模态计算得到的气浮式振动控制系统模态相关的参数是否满足一定的关系，若满足则记录此时的气浮系统的设计参数，若不满足则返回步骤(2)修改气浮式振动控制系统初步方案；(6)理想模型修正：根据实际工程中设计参数的取值范围以及满足最低耗费的经济目标，比选后修正设计参数从而确定振动控制系统的最终方案。

技术领域

本发明涉及一种隔振系统的设计方法，特别是一种气浮式隔振系统优化设计方法。

背景技术

根据振动控制原理不同，可以划分为主动控制和被动控制。振动主动控制是指在振动控制过程中，根据传感器检测到的结构或系统振动，应用一定的控制策略，经过实时计算，驱动致动器对结构或系统施加一定的力或力矩，以控制结构或系统的振动。被动控制的装置由于结构简单，易于实现，目前国内外一般采用空气弹簧作为被动隔振元件。对于被动隔振系统，为了获得对各种扰动良好的隔振效果，其自振频率应该尽可能小。但是从现实意义上来讲，自振频率很难降低到1Hz以下。因此被动隔振系统对微振动的控制效果有限，并且对于平台上的直接干扰，被动隔振系统基本上无能为力，因此，对精密装备非对称布置、大规模空气弹簧非均匀分组、异形分支模态参振比重较高等大型异形气浮平台被动隔振工程，在初始条件较为有限的情况下，如何快速实现总体高效设计在现有技术中是没有公开相应的技术方案的，本领域技术人员更倾向于放弃被动控制装置转而投向主动控制装置。

目前，传统技术方法在针对精密装备的振动控制时，通常只考虑降低气浮式振动控制系统的基频，在频率满足设计要求时，通过调节系统阻尼比来达到减振要求，可能导致系统模态混乱，同时系统稳定性较差。从而传统方法具有以下缺点：

(1)传统技术方法在针对精密装备振动控制时，通常不考虑系统三向刚度相等，只考虑降低基频，盲目降低系统基频，在实际使用中系统前三阶模态基频相差较大，导致系统模态混乱，减振效率较低，甚至会出现高阶模态参振，引起高阶共振的现象。

(2)传统技术方法通常采用控制系统基频，调节阻尼比减振的方法。当阻尼比较大时，系统刚度较大，导致系统基频升高，很难满足精密设备基频小于1Hz的要求；阻尼比较小时，系统稳定性差，减振效率低。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的设计构思在于针对精密装备因作业环境需求采用气浮式微振动控制设计方法，基于隔振理论，利用质刚重合时被动式气浮系统的动力特征，建立模态振型质量累加参与系数和前三阶基本频率相互比值关系双重量化判别技术，将一个无限自由度动力系统设计成一个类似单质点单自由度系统，最终实现气浮式隔振系统在三个方向上即两个水平和一个竖直方向上刚度相等或相近，易于对精密装备微振动环境进行高效控制。

本发明的目的在于提供一种质刚重合的三向等刚度气浮式隔振系统优化设计方法，包括如下步骤：

(1)设计参数确定：根据荷载、精密设备容许振动值、建筑结构形式和地基基础确定振动控制系统设计参数；

(2)确定气浮式振动控制系统初步方案，包括空气弹簧的数量、布置方式和型号；

(3)参数化建模：根据设计参数建立设计参数可变的有限元变量模型，以合适的精度划分网格，实现对整体有限元全参数化建模。

(4)模态计算：计算得到气浮式振动控制系统模态相关的参数；

(5)确定理想设计参数模型：判断通过模态计算得到的气浮式振动控制系统模态相关的参数是否满足一定的关系，若满足一定的关系，则记录此时的气浮系统的设计参数，若不满足一定的关系，则返回步骤(2)修改气浮式振动控制系统初步方案；