合解耦率的优化目标函数，作为单层隔振系统设计的设计目标； 6) 根据振源的激励频率f和隔振性能参数、动力机械设备的惯性参数、单层隔振系统 中的隔振器个数n、所述单层隔振系统设计的约束条件、所述单层隔振系统设计的设计目标 建立多体动力学模型，在所述多体动力学模型的基础上利用粒子群优化算法对单层隔振系 统设计进行优化计算，得到单层隔振系统中隔振器的刚度优化参数和布局优化参数。2. 根据权利要求1所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于， 所述步骤2)中获取动力机械设备的惯性参数具体是指对动力机械设备进行三线摆试验得 到动力机械设备的惯性参数，或者对动力机械设备的三维模型进行计算得到动力机械设 备的惯性参数；所述得到动力机械设备的惯性参数包括质量m，质心位置、转动惯量和惯性 积。3. 据权利要求2所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述步骤4)中单层隔振系统中隔振器的布局约束条件如式（1)所示，动力机械设备的垂向静 位移限值约束条件如式（2)所示，单层隔振系统中减振器的垂向静位移一致性约束条件如 式（3)所示，单层隔振系统中隔振器的横垂及纵垂刚度比约束条件如式（4)所示；式（1)中，Xl，yi，Zl为单层隔振系统中第i个隔振器的安装位置，au ^为单层隔 振系统中第i个隔振器的安装角度，Xl_、yi._、Zl._分别为第i个隔振器的X、y、ζ轴坐 标的下限值，Xl._、yi._、Zl._分别为第i个隔振器的X、y、z轴坐标的上限值，α1_、βl _、分别为单层隔振系统中第i个隔振器α、β、γ方向角度的下限值，α、_、I. _、丫 分别为单层隔振系统中第i个隔振器α、β、γ方向角度的上限值；式（2)中，Klz为单层隔振系统中第i个隔振器的垂向刚度，η为单层隔振系统中隔振 器的数量，m为单层隔振系统总质量，g为重力加速度，s_为动力机械设备允许的最大静位 移；式（3)中，Pi为第i个隔振器的载荷，Klz为第i个隔振器的垂向刚度，η为单层隔振系 统中隔振器的数量，s为允许垂向静位移；式⑷中，Klz为第i个隔振器的垂向刚度，Klx为第i个隔振器的横向刚度，Kly为第i个隔振器的纵向刚度，zx_、zx_分别为纵垂刚度比的下限和上限，zy_、zy_分别为横垂 刚度比的下限和上限。4. 据权利要求3所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述步骤5)中建立的隔振率的优化目标函数如式（5)所示；式（5)中，Λ为隔振率的优化目标函数结果，N为单层隔振系统被配置的固有频率阶 数，ni为单层隔振系统第i阶频率的加权因子，变量S^勺计算函数表达式如式（6)所示；式（6)中，X为设计变量向量；匕(X)为单层隔振系统的第i阶固有频率，gl_、g_分 别为单层隔振系统第i阶固有频率的配置极小值和极大值。5. 据权利要求4所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述步骤5)中建立综合解耦率的优化目标函数如式（7)所示；式（5)中，上为综合解耦率的优化目标函数结果，N为单层隔振系统被配置的固有频率 阶数，ni为单层隔振系统第i阶频率的加权因子，EP^为系统第i阶模态振动时第i个广 义坐标的解耦率，计算函数表达式如式（8)所示；式⑶中，EPjk为系统第j阶模态振动时第k个广义坐标的解耦率，当EPjk为100%时 表明第j阶阶模态完全解耦；N为单层隔振系统被配置的固有频率阶数，铒AV/)、餌Λ./)分 别为第j阶振型的第k个和第1个元素，M(k，1)为单层隔振系统质量矩阵的第k行第1列 元素。6.据权利要求1~5中任意一项所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法， 其特征在于，所述步骤6)中的详细步骤包括： 6. 1)根据振源的激励频率f和隔振性能参数、动力机械设备的惯性参数、单层隔振系 统中的隔振器个数n、所述单层隔振系统设计的约束条件、所述单层隔振系统设计的设计目 标建立如式（9)所示的多体动力学模型；式（9)中，Μ为隔振系统的质量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，{q}为广义坐标列 向量；{F(t)}为系统的所受激励力列向量； 6. 2)在所述多体动力学模型的基础上利用粒子群优化算法初始化一群随机粒子，其中 粒子i的位置和速度的D维向量形式如式（10)所示；式（10)中，&为粒子i的位置，Vi为例子i的速度，XlD为粒子i的第D维的位置标量，vlD为粒子i的第D维的速度标量； 6. 3)各个粒子基于所述多体动力学模型开始查找个体极值pBest和全局极值gBest， 当每一个粒子在找到个体极值pBest和全局极值gBest后，采用式（11)所示函数表达式更 新自己的速度和位置，最终飞至解空间中最优解所在的位置，搜索过程结束并最终输出全 局最优解，确定单层隔振系统中隔振器的刚度优化参数和布局优化参数；式（11)中，vf为粒子i在第t+Ι次迭代中第d维的速度，端为粒子i在第t次迭代中 第d维的速度，xf为粒子i在第t+Ι次迭代中第d维的当前位置，咗为粒子i在第t次迭 代中第d维的当前位置，为粒子i在第t次迭代中找到的个体极值pBest，为 粒子i在第t次迭代中找到的个体极值gBest，《〃〃/;'〇、均为（〇,1)之间的随机数， Ci、c2为加速因子，ω是加权系数。7. 据权利要求6所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述步骤6)包括对隔振器的刚度优化参数和布局优化参数进行优化效果评估的步骤，所述 优化效果评估的评估参数包括隔振率η、模态振型#、最大振幅六_、最大静位移s_、振动 烈度Vs、各阶解耦率EPjk、综合解耦率J2。8. 据权利要求7所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述隔振率n的计算表达式如式（12)所示；如式（12)中，ri为隔振率，f为激励频率，f。为单层隔振系统的垂向一阶固有频率，ξ为单层隔振系统中隔振器的阻尼比；根据式（13)所示函数表达式求解特征根ω,，特征根 ? ,中j为小于等于单层隔振系统自由度数的自然数，所得到特征根ω,为单层隔振系统的 第j阶固有圆频率，将j取值为1时得到单层隔振系统的垂向一阶固有频率； Κ-ω2M| = 〇 (13) 式（13)中，Μ为隔振系统的质量矩阵，Κ为刚度矩阵，ω为特征根；激励频率f的计算 函数表达式为f=ω/2π，其中ω为特征根；所述模态振型炉为式（14)所示自由振动微 分方程的特征向量； M\q\ +K\q\=() (14) 式（14)中，Μ为隔振系统的质量矩阵，K为刚度矩阵，{q}为广义坐标列向量。9. 据权利要求7所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述最大振幅Α_的计算表达式如式（15)所示； Amax=max(H(〇)F〇) (15) 式（15)中，F。为绕动力向量，Η(ω)为单层隔振系统的频响函数，单层隔振系统的频响 函数Η(ω)的计算函数表达式如式（16)所示； Η(ω) = {[Κ]+?ω[C]-?2[M]} 1 (16) 式（16)中，[K]为隔振系统的刚度矩阵，i为虚部,ω为圆频率，[C]为阻尼矩阵， [M]为质量矩阵。10. 据权利要求7所述的用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，其特征在于，所 述最大静位移s_的计算表达式如式（17)所示，所述振动烈度￥；3的计算表达式如式（18) 所示，所述各阶解耦率EP]k的计算表达式如式（8)所示，所述综合解耦率J2的计算表达式 如式（7)所示；式（17)中，s_为最大静位移，Klz为单层隔振系统中第i个隔振器的垂向刚度，η为单 层隔振系统中隔振器的数量，m为单层隔振系统总质量，g为重力加速度；式（18)中，Vx、Vy、Vj别为x、y、z三向的振动速度。
【专利摘要】本发明公开了一种用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，步骤包括：对动力机械设备的振源进行振动特性测试获取振源的激励频率和隔振性能参数；获取动力机械设备的惯性参数；确定单层隔振系统中的隔振器个数、约束条件；建立隔振率和综合解耦率的优化目标函数；建立多体动力学模型，利用粒子群优化算法对单层隔振系统设计进行优化计算。本发明同时兼顾隔振率和解耦率两个设计目标，在保证隔振率的同时有效降低各阶刚体模态的耦合作用影响，能够真正提升隔振系统的隔振性能，设计过程中无需反复调试，得到的设计参数为最优值，效果评估参数必能满足指标要求，设计结果准确高效。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105389428
【申请号】CN201510731645
【发明人】莫海枢, 周海军, 周熙盛, 涂奉臣, 贺才春
【申请人】株洲时代新材料科技股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月2日