伴随我国经济建设的飞速发展与城市化进程的加速推进,各类超大型、特种化、高精密等新颖机器设备迅猛发展,从风力发电机、重型燃气轮机到超重力试验装置、地震模拟振动台,再到光栅刻线机、惯导陀螺仪等机器设备,涉及工业、科技和国防等众多领域。其中,许多机器设备不仅要求基础具有足够稳定性,以抵御机器的复杂振动扰力,还要求基础具备减隔振性能,以控制机器与环境之间的相互振动污染。因此,基础的稳定与性态设计是保障这些机器设备正常运行、振动污染控制和人员健康工作的首要前提,而其中一项核心工作是科学、正确地评价基础动力反应的振动幅值与频响特征。但是,我国《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)却一直处于停滞状态,长达20余年未作修订与补充,且适用机器设备的范围十分有限,致使诸多新型机器设备的基础设计,缺乏扰力力系、动力反应模型和振动限值标准等参考依据;同时,一些机器设备的基础底面面积、基础埋深、振动限值等指标达到前所未有水平,远远超出该规范的经验参数范围,并且许多新型基础形式和复合地基的发展,进一步增加了机器设备基础的动力反应分析难度与挑战。为此,发展一种适于各类机器设备基础和科学、正确评价其动力反应的通用性方法,是当前岩土工程领域一项极为重要和颇具价值的研究课题。鉴于有限元分析方法模拟基础动力反应,不但能避免人为解耦复杂扰力力系、精确求解基础动力反应模型,同时省去繁琐而复杂的计算过程;而且,能获得基础内任意点各自由度的振动反应和基础之外地基土中各自由度振动的传递衰减特征,这些优势为建立通用性动力机器基础反应分析方法,开辟了一条有效途径。由此,本文以ABAQUS有限元分析软件为平台,探讨与构建有限元模拟动力机器基础反应的建模方法与关键技术;通过一维理论解、规范法与工程案例实测数据,验证建立有限元模拟分析方法的可行性;揭示若干因素对基础动力反应的影响规律与敏感性。主要创新成果如下:(1)回顾与总结了国内外现行规范的发展历程、适用条件和局限性,阐明了质-阻-弹法和弹性半空间法的理论基础、分析模型、计算参数等差异及优缺点;归纳与分析了有限元法模拟动力基础反应取得主要成果和发展不足,结合我国现代化机器设备基础的发展趋势与特点,提出了有限元法模拟动力基础反应的发展方向与关键问题。(2)基于ABAQUS有限元分析软件,建立了数值分析动力基础反应的建模方法与关键技术,包含部件单元、材料属性、边界条件、接触属性等选取方式和参数设置;基于动力机器基础与土之间的相互作用特点和规范法设计经验,给出了土体本构、边界单元、接触属性等关键模块选取与设置方法,以使有限元法合理模拟动力基础反应。(3)利用一维理论解、规范法和工程实例测试数据,分别对简单明置基础、简单耦合明置基础、实际复杂机器埋置基础等三种工况下,提出了有限元法模拟动力基础反应的分析结果进行对比与验证。结果表明:有限元法在简单工况下与理论解析解、国际规范法较为一致,在实际复杂工况下与实测数据基本吻合;一定程度证明了有限元法模拟动力基础反应的可行性与有效性。(4)基于提出的ABAQUS有限元模拟动力基础反应分析方法,剖析了基础埋深比、地基土参数、基础形状等因素对基础反应的影响规律与敏感性。结果表明:埋深比对基础水平向加速度反应影响显著,随埋深比增大而加速度减小,但对竖向加速度影响不明显;增加宽度和厚度能有效降低基础加速度反应,原因为提高了基础质量比;地基土弹性模量与阻尼比对基础加速度反应有一定影响,但可以忽略。