锻压车间振动传播的分析与预测

　　0 前言

　　冲击机械和动力设备激起的基础振动及其在地基土中的传播与衰减,是机器基础设计、精密仪器设备防微振设计、建筑物安全设计、城市规划设计以及工作人员安全卫生保护设计等必须掌握的一项基础性资料。长期以来许多学者用不同方法对半空间中振动波如何传播、耗散、衰减作过大量研究,但由于地基土的地质结构多变,力学性能十分复杂,理论研究大多停留在弹性、均质半无限体这一前提下,难以反映粘弹性层状地基的现实情况;停留在有规则的简谐激扰下的响应计算,难以反映冲击激励和任意激励下地基土的振动传播规律。本文通过建立起反映层状粘弹性地基在任意形式载荷激励下振动响应的数学力学模型,导出其解析)数值计算方法;提出了用有限元技术进行计算的求解策略;对若干锻压设备激起的工场振动实况进行了实测与分析;提出了水平扰力作用下修改96《动规》[1]中推荐的估算地面振动衰减估算公式的建议。

　　1 冲击载荷激励下层状粘弹性地基表面位移的解析)数值计算方法

　　如图1所示,锻压设备工作时产生的振动激扰力,包括初始速度、撞击能量、瞬时加速度等,通过基础向外传播,将引起附近的地基与其他建筑结构都产生振动,造成工业振动公害。

　　按照弹性波传播理论,地基土承受作用于其表面或距表面一定深度处的振源激扰时,将产生按球面扩散的横波与纵波、按柱面扩散并主要集中在表面层的瑞雷波和乐夫波(如图2所示),由于有与距离有关的几何衰减和与土质有关的粘性阻尼衰减,随着距离的增加,振动将不断减弱。由于实际地基不是理想的连续体而是因土的成因、结构、应力、应力历史等不同而物理力学性能有很大差别的粘弹性体,而不同频率成分的振动波在不同土层中将表现出不同的衰减梯度,基于地基通常是具有不同物理与力学性能的多层结构,冲击波在层面间会有反射、折射及不同层面内的不同粘滞衰减。作者按图3所示层状粘弹性地基模型利用Harkel变换、矩阵传递技术和富里埃迭加原理,导出了用Hankel反变换求任意激励下多层地基地面上各点位移的解析表达式

式中---瞬态激励力F(t)的富里埃级数展开形式

　　Fn,ωn--激励力F(t)的n次谐波分量幅值及圆频率

　　地面竖向位移的Hankel变换

　　ξ---变换参数

　　J0(ξr)---零阶贝塞尔函数

　　r---到基础中心的距离

　　针对江西曲轴连杆有限责任公司锻工车间实际地基进行简化建模,以该车间20kN模锻锤作用于地基上的动载荷理论曲线为激振力,利用式(1)对车间地面振动衰减规律进行了计算。计算结果与实测数据的对比见图4[2]。从图中可以看出,计算值与实测值比较接近。图中计算曲线的起伏现象,是富氏级数计算取项和计算迭代次数偏少引起的。