本发明涉及精密设备研究领域，具体涉及一种随机振动下精密设备基础的动力响应研究方法。
背景技术：
伴随着我国经济结构的转型升级，高新技术的研发投入逐步加大，继而涌现了大量含有精密仪器或设备的厂房与实验室。然而，因城市建设和城市交通引起的振动对建筑设施和精密仪器产生了不可避免的影响，引起建筑界广泛关注。减隔振技术是目前精密仪器和设备防震保护的主要有效手段。
随机振动指不能用确定性函数描述运动规律，必须用概率、统计方法表述随机过程重要特征的一种振动。在工程实际中，往往需要知道振动的激励包含的频域信息，功率谱密度则是对随机激励进行频率分析的有效工具。
理论上，一个时域信号通过傅里叶变换可以获得原信号的频率成分，但对于无限长的随机信号，样本x(t)并不满足傅里叶变换的条件，尤其是绝对可积条件：
对于均值为0的随机振动，当|τ|→∞时，自相关函数趋于0。一般情况下，自相关函数在无穷区域内的积分是有限值，即满足绝对可积条件。因此，工程上常对自相关函数作傅里叶变换得到随机振动的自功率谱密度函数，即：
功率谱密度函数是对自相关函数进行傅里叶变换，也就是用振动信号样本的均方值代替该样本本身进行频谱分析，它反映了随机过程样本的均方值在频率域上的分布。因此功率谱密度实际上就是将原来对时间域上的振动描述转化为频率域上的振动描述，因为随机信号的本质特点是包含大量样本集合，其特点不能从单个样本的分析中得到，而必须从总体上研究其统计规律。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种随机振动下精密设备基础的动力响应研究方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
随机振动下精密设备基础的动力响应研究方法，包括如下步骤：
s1、通过对隔振器进行随机振动分析(psd分析)明确在随机激励下隔振器的隔振效果及隔振器所需的固有频率和基础指标；
s2、基于功率谱密度函数，建立设备基础-隔振器的有限元模型，以设备基础下实测的随机地脉动作为模拟输入；
s3、对隔振器结构进行模态分析和频谱分析。
所述步骤s3中利用ansys软件进行频谱分析。所述步骤s2中在隔振层底部同时输入水平向(x，z向)和竖直向(y向)激励的输入功率谱曲线，载荷直接输入在弹簧单元的节点上。
本发明通过建立设备基础-隔振器的有限元模型，以设备基础下实测的随机地脉动作为模拟输入的随机振动，研究了精密设备在随机振动下基础的动力响应。通过对此结构的模态分析和谱分析，得到结构的一些自振特性和微振响应，对相关精密设备的隔振防护具有重要的参考价值。
附图说明
图1为隔振器的布置图。
图2为基础的有限元模型。
图3为现场地面振动功率谱曲线；
图中：a)为水平向；b)为竖直向。
图4为模型前十阶振型；
图中：a)第一阶；b)第二阶；c)第三阶；d)第四阶；e)第五阶；f)第六阶；i)第七阶；j)第八阶。
图5为基础表面中心处加速度曲线图。
图6为隔振系统输入输出psd图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中地面脉动引起随机振动模型的建立，以及对计算结果的分析，均基于功率谱密度函数。
实施例
以离心机为例，因本设备工作时存在内部扰力，故设备基础质量应满足一定的要求。根据《隔振设计规范》gb50463-2008，本设备基础质量宜符合下式要求
此精密设备工作圆频率约在3rad/s～30rad/s之间。在精密设备动不平衡力、气流扰动力、电机扰力等扰力不明确时，应采用质量较大的基础。
精密设备结构固有频率应尽可能地远离离心机基础振动的主要频率。下式为单自由度的被动隔振的传递率：
对于随机激励，如其传递率η定义为：
隔振基础的固有频率应满足
精密设备基础隔振的数值模拟
荷载的选定
微振动的振动量值微小，可变因素较多，且几乎都是随机振动，难以用理论公式来描述不同场地、不同环境的微振动，故工程实践中应特别强调依靠在工程各阶段的振动实测取得的最真实数据来检验工程的防微振设计，不仅要实现在时域内控制，还要实现在频域内的控制，从而确保防微振工程的成功。
通过对隔振系统进行随机振动分析(psd分析)以便明确在随机激励下隔振系统的隔振效果及隔振系统所需的固有频率和基础指标。
建立有限元模型
隔振器的几何位置设置如图1所示；隔振体系空间三维有限元模型如图2所示。在随机振动分析中，在隔振层底部同时输入水平向(x，z向)和竖直向(y向)激励即图3所示的输入功率谱曲线，载荷直接输入在弹簧单元的节点上。
隔振器刚度和阻尼的确定
对不同的振源特性、隔振要求需选择不同的隔振器，在有限元模拟时，不同的隔振器对应的刚度、阻尼参数可能不同，根据《隔振设计规范》中的设计原则，取ω/ωn＝3＞2.5，由隔振体系质量换算出来隔振器的刚度，再根据隔振器的阻尼比ζ＝0.11，换算成各相应的阻尼系数。
隔振器的数值模拟分析
(1)模态分析结果
为了得到结构本身的某些特性，对结构进行了模态分析，隔振器与结构的振型如下：
表1结构的各阶频率
由图4模型的前十阶振型图可以看出，结构的前六阶振型为隔振器的振型，分别是：第一阶，x向平动；第二阶，z向平动；第三阶竖直振动，第四阶，整体扭转；第五阶，x向倾覆；第六阶，z向倾覆；第七至第十阶为基础体的振型。
(2)计算结果
利用ansys软件，对结构进行频谱分析，图5给出了基础表面中心点水平和竖向的加速度响应值，由图中可看出经过隔振器隔振后，加速度最大值均达到了精密设备的振动允许值。
表2输入输出加速度最大振幅比较
由表2可以看出，基础表面中心点加速度最大振幅与基底振动输入比较：水平和竖直方向的振动加速度均大幅降低，竖向的降幅比水平向略大些。
图6是刚度为上述计算值时，隔振器底部输入功率谱与基础表面中心处的输出功率谱。
此刚度下隔振系统对水平向(即x、z向)6hz以上的频率成份及对竖直向(即y向)16hz以上的频率成份具有较好的隔振效果。
综上所述，可见：(1)离心机基础隔振系统具有较低的固有频率及较大的质量。(2)基础表面中心点加速度最大振幅与基底振动输入相比，水平和竖直方向的振动加速度均大幅降低，竖向的降幅比水平向略大些。(3)根据《隔振设计规范》中的设计原则，由隔振体系质量换算出来隔振器的刚度下，隔振系统对水平向(即x、z向)6hz以上的频率成份及对竖直向(即y向)16hz以上的频率成份具有较好的隔振效果。因本文数值模拟输入的随机振动为实测取得的最真实数据，对相关精密设备的防护研究具有重要的参考价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。