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随着我国工业技术的快速发展,工厂机器、设备不断更新换代,大吨位、高转速、大功率的动力机器也日益普及。在享受工业进步带来的经济利益的同时,各种工程问题也随之浮出水面,工程事故频频发生,其中,有绝大部分的动力机器事故是由于机组不良振动引发的。工程人员在总结经验教训的同时,逐渐意识到有的设计虽然已足够保守,但机组振动事故也难于避免,这使研究人员不得不重新考虑隐藏在表面现象背后更深此次的原因:由于我国现行动力机器基础设计规范制订于1996年,至今的十年间,动力机器的吨位、功率、转速等性能指标不仅有了量的增加,更有了质的飞跃,其中有不少指标已经超出了该规范的设计范围,成为设计盲区。同时,由于国内外设计规范采用的是两种不同的理论模式,因此,继续沿用现行的规范进行动力机器基础设计,特别是进口机器设备基础的设计,不但是技术滞后的,而且还会是概念失误的。
基于以上事实,本文结合实际工程,探讨了动力机器-基础-地基体系的两种分析模型,提炼出各自的优点并使之有机结合,形成了一种计算方便、精度较高的频变参数模型。通过计算,分析了模型特征以及参数影响,并为了方便实用,推导了模型参数的试验测试确定方法。为考虑地基土的非线性性质,引入地基土非线性动力本构模型,形成了非线性频变参数模型,使相互作用体系的动力分析更加符合实际。以该模型为基础,提出了一种更适合我国动力机器基础设计的频变参模型-规范综合设计法,建议以现行的设计规范为原型,充分利用其简洁实用、经验参数丰富、普及性强的优点,通过频变参数对其进行必要的修正和完善,使动力设计与实际更加吻合。为验证这种设计方法的有效性,通过规范法、简化半空间模型法和综合法的计算值与实测值进行比较分析,证实了本文提出的综合设计方法是准确可靠的。
针对工程中动力机器振动过大、振害严重的实际情况,在机器工作状态下就机组体系进行了振动测试,探明了机器和基础的振动特征,揭示了地基土三维面波传播、衰减规律以及地基土高频滤波和低频生波现象,为厂区科学规划以及设备合理布置提供了有益参考。在此基础上,对停机状态下的机器进行了试验模态分析,获得了机器的模态参数。综合试验和计算数据,分析了机组产生不良振动的原因,并为工程加固改造提出了相应的建议。
本文虽然是针对动力机器-基础-地基体系开展的研究工作,但所用的研究手段和分析方法仍可为结构抗震、土-结构动力相互作用等课题借鉴参考,因为毕竟,动力机器也属于广义上的工程结构,所研究的问题并没有本质上的区别,只是激振来源不同罢了。