减振技术论文篇(1)

【关键词】捷联惯导;ANSYS;被动隔振

1.引言

随着科技的飞速发展，惯性导航系统被广泛应用于航空、航天、航海以及其他工业设计等领域内。特别是现代战争的发展，对于武器平台的精度打击、机动性、自我生存能力提出了更高的要求。惯性导航系统能够通过惯性装置自主提供运载体的加速度、速度、姿态等导航信息，不需要外界信息的介入，是一种真正意义上的自主导航系统[1]。

对于振动被动控制技术，人们早期研究的重点是减振、隔振的方法。随着动力学理论的发展以及材料科学与技术的发展，基于结构动力学和新材料、新结构的动力学和结构优化设计成为了新的研究方向。1928年，在动力减振器的基础上，J.Ormondry和J.P.DenHartog提出了阻力动力减振器，并建立了完整的动力调谐减振理论[2]。Snowdon描述了无阻尼悬臂梁共振时，联入减振器减小由梁的始端传到梁终端的激振力，用定点法确定了减振器的最佳参数设计。2009年，国防科技大学的庹洲慧等人对机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统进行了减振结构设计，仿真分析了减振系统中减振器的布局方案，建立了减振系统的振动响应模型，并用有限元法获得了减振系统的模态频率和振型，用有限元分析验证了减振设计[3]。从20世纪初开始，以理想的刚性基础单层隔振系统为研究对象的经典隔振理论就已经得到了初步的发展，单层隔振是最基本的隔振措施，其隔振效果的评价标准为传递率[4]。单层隔振理论认为只要频率比就具有良好的隔振效果，并且频率越高，隔振效果就越好[5]。但是在大量的工程实际当中，单层隔振系统的高频隔振性能并不理想，且激振频率越高，理论与实际结果就会有越大的偏差。因此在结构的被动减振设计中，阻尼材料和阻尼元件的研制及阻尼机理研究至关重要。

2.系统组成

在工程设计当中，如果对被减振对象的隔振目的和设计准则缺乏了解，则会使系统的隔振效果不太理想，同时由于不同物体对隔振的要求都不同，因此要设计出一个最优的隔振系统是非常困难的。此外，被隔振设备的工作频段和其内部结构或工作环境的不断变化都增加了隔振系统设计的难度。针对不同的工程实际问题应该遵循不同的设计原则，捷联惯导系统是属于精密仪器设备，其隔振系统的设计既要能有效的减振，又不能产生附加的线振动和角振动，这样才能真正满足惯导系统高精度的要求。同时还应当满足以下要求：经济合理，成本低;通过合理的布置隔振器件的位置，能够使系统的质心与隔振器的总刚度在一条直线上，尽量避免振动耦合;隔振系统的单自由度设计;捷联惯组隔振后的最大振动响应满足振动幅值的要求。

针对以上设计原则，考虑捷联惯组的自身安装要求和动力学特性，对捷联惯导系统的隔振器的安装采用对称安装的设计方案，这样使整个隔振系统的安装结构上具有多个对称面，可以尽量减少振动的耦合。隔振系统原理图如图1所示，捷联惯组载体的振动（振源）引起安装支架的振动，在安装支架与捷联惯组之间的隔振器件吸收、隔离大部分安装支架传递来的振动，从而减小捷联惯组本身的共振，保护捷联惯组。

图1 被动隔振系统原理图

图2 捷联惯导系统被动隔振实验系统图

3.捷联惯导系统实验与仿真

对捷联惯导系统（如图3所示）在ACT2000振动台上进行测振实验。

图3 捷联惯组安装组件模型

在振动实验过程中，捷联惯导系统出现失效如图4所示。

图4 捷联惯组失效图

鉴于实验过程中捷联惯导系统出现失效，我们通过方针进行验证。

运用完全法对捷联惯组安装组件进行频率范围为100～3000Hz的谐波加载，通过分析可以得到，捷联惯组质心处的幅频特性曲线如图5所示。

从图5可以看到，曲线分别在358Hz、568Hz、870Hz、2342Hz处有峰值，说明捷联惯组质心在以上四个频率处的幅值最大，即发生共振，与实验结果基本一致。共振频率与捷联惯导系统安装组件的固有频率很接近。并且在568Hz、870Hz处的幅值明显比其他两个幅值大，这也说明了其中捷联惯导系统安装组件的第二、三阶模态对导航精度的影响较大。图6和图7分别给出了捷联惯导系统安装组件在568Hz和870Hz处发生共振时的Y轴方向的应力云图。

图5 捷联惯导系统质心处的谐响应幅频特性曲线

图6 安装组件在频率568Hz共振时Y轴应力云图

图7 安装组件在频率870Hz共振时Y轴应力云图

图8 正弦加载时惯组质心位移时间图

从图6和图7可以看出，在发生共振时，安装支架处的应力较大，说明在这些地方振动引起的变形较大，与实验中出现裂纹位置相符。

某装备的捷联惯导系统在运行过程中，承受约为20g的振动载荷，对导航精度有一定的影响。针对被动隔振系统和安装组件的二阶模态，仿真中对安装组件的支架两侧分别施加和等效激励，分析得到如图8的捷联惯组质心位移时间图。

4.捷联惯导系统被动隔振分析

捷联惯导被动隔振系统在捷联惯组与安装支架之间安装橡胶隔振器，振动过程中，橡胶隔振器吸收减小外界振动激励，从而减小振动的传递效率。选用硅橡胶材料的隔振器件，硅橡胶的材料参数为：弹性模量，泊松比，密度，另外还有两个常数和。采用的单元类型为具有超弹性的solid185单元，划分网格如图9所示。

图9 捷联惯导被动隔振模型网格图

对被动隔振系统的安装支架两侧同样施加正弦载荷，进行分析计算得到如图10的捷联惯组质心处的位移时间图。

图10 加载时质心的位移时间图

从图10与图8（a）对比分析可得，在被动隔振系统二阶共振频率处，施加相同的正弦载荷，被动隔振系统由于装入隔振器件后，隔振器件在振动过程中吸收外界振动激励，使惯组质心的振动幅值明显减小，最大振幅的减振幅度在22.2%。与实验结果基本相符。

5.结论

对捷联惯导系统进行振动试验，得到其应力集中点，通过ANSYS仿真进行验证。通过对捷联惯导系统增加隔振器件，进行正弦加载分析，被动隔振系统由于装入隔振器件后，隔振器件在振动过程中吸收外界振动激励，使惯组质心的振动幅值明显减小，最大振幅的减振幅度在22.2%。

参考文献

[1]庹州慧，胡德文，李如华，魏建仓.捷联惯导系统减振设计[J].中国惯性技术学报，2009，17（6）：648-650.

[2]Lawrence A.Modern inertial technology，navigation，guidance，and control.New York：Springer-Verlag Inc，1998.

[3]牟全臣，黄文虎，郑刚铁，王心清，张景绘.航天结构主、被动控制技术的研究现状和进展[J].应用力学学报，2009，18 （3）：18-35.

[4]姚建军，付继波，刘道静.捷联惯导系统振动耦合特性研究[J].战术导弹控制技术，2005，49（2）：55-58.

[5]李斌华.激光陀螺捷联惯组减振系统设计及其动力学特性研究[D].国防科学技术大学，2008.

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减振技术论文篇(2)

关键词：振动故障诊断 故障特征频率 实际应用

中图分类号：TD44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0045-01

在工业领域普遍存在的振动是衡量设备状态的重要指标之一，当机械内部发生异常时，设备就会出现超过正常振动范围的振幅。振动故障诊断技术是以设备的机械运动模型系统在某种外加激励作用下的响应作为诊断信息的分析要素。通过对现场监测得到的振动参量进行动态数据处理与技术比对，对机械设备的运行状态作出诊断。对于出现故障的设备确定故障特征、分析故障成因等信息。振动在线与离线诊断技术具有结果准确可靠，便于实时处理等诸多特点，使其它成为应用最广泛、最普遍的故障诊断技术之一。

1 故障信号振动诊断概述

故障信号振动诊断属于动态测试技术的范畴。其基本原理是对所建立的机电系统模型在激励作用下所产生的动态响应信号作为分析源，通过对信号的振动位移、速度、加速度特征量进行分析处理，形成分析的基础数据，对比设备的行业与运行特征指标参数，对机械设备的运行状态进行判定。对存在设备故障的系统得出故障点位置、故障产生程度、故障形成因素的诊断分析结果。对机电设备现场振动信号的在线监测和离线分析是振动诊断技术的基础。对出现故障现象的机电设备进行振动监测与检测时，需要将检振传感器布置于特定测点，利用传感器拾取的信号经转化与放大滤波电路处理后变为用于分析处理的电信号。将此信号输入分析设备进行数学变换处理，获得信号的时域与频域样本；做信号分析并将结果进行记录与显示或打印输出。振动故障诊断技术常用的分析方法有多种。频域分析法是主要的分析方法。频域分析法的原理是，首先对振动信号进行放大、滤波和数值处理，进行频谱分析。从频谱分析中得到具备故障特征的多组频率，将其与理论计算得到的故障特征频率相比较，诊断设备是否存在故障，并确定故障点与故障类型。振动信号的频域分析法是机械故障诊断中广泛应用的技术手段。

2 故障诊断技术应用

在矿山设备和水泥设备的运行中，由于环境恶劣、工况复杂设备故障频发。对于设备故障的早期诊断具有极其重大的经济价值与社会意义。采用振动诊断技术进行设备的故障诊断是众多诊断技术中较为先进并可行的技术之一。

本文以矿山设备常用的管磨机的故障诊断为例，进行振动故障诊断技术的应用分析与方案选择技术的阐述。

所采用的测量与诊断分析系统模型见图1。

本系统采用振动测试装置测量管磨机减速机部位的振动烈度值，用以评判管磨机减速机振动是否超标；采用压电式速度传感器及电荷放大器和信号变换接口板，　使用美国NI公司的采样板卡实时拾取减速机输出轴部位的振动信号，在计算机硬盘上记录测点上的3维方向上的振动信号。使用美国SQI公司的振动数据采集与分析软件在计算机上进行信号的时域和频域分析。

将分析结果与管磨机振动强度的评价标准对比，检测管磨机减速机出轴部位振动的速度均方根值即振动烈度值，用以评价振动强度是否超标。根据管磨机电机的转速及管磨机减速机结构，建立计算结构理论计算模型，并计算其特征频率，确立振动信号频谱分析及故障诊断的数值参数。

3 振动信号的动态分析

管磨机减速机出轴部位的振动信号的时域及频域数据如表1所示。对如图1所示振动信号的分析与综合，有如下分析结果。

（1）振动信号的频谱分析图中，峰值频率成分为525.6Hz、163.9Hz、263.5Hz、15.2Hz。根据理论计算结果的分析可知15.2Hz为电机输出轴的回转频率。163.95Hz为15.2Hz信号对150Hz的调制，263.5Hz是减速机的第一级啮合频率。

（2）由特征频率的理论计算结果可知：电机输出轴回转频率为15.2Hz、263.5Hz和525.6Hz为第一级啮合频率的倍频，而163.9Hz为第二级啮合频率；从而得出输出轴的输出频率被调制，存在轴运转偏心和局部轴承磨损失效问题。需要进一步的深入具体部位进行故障诊断与维修。

4 设备振动故障诊断技术普及与推广

采用廉价的数据采集板卡结合相应的软件分析技术结合便携式电脑设备可以构成标准的虚拟仪器系统。利用此系统，对矿山设备进行信号的时域、频域和幅值域分析，并从中判别出设备的故障频率及故障因素。它是机电设备离线与在线故障诊断的先进技术之一。通过对测试结果的技术分析，能够较准确地反映机电设备的真实工况和故障，从而为设备的检修和维护准备充分而可靠的技术数据，有效地节约成本与费用并提高设备生产效率。此测试及分析方法对矿山设备的振动测试和故障诊断具有一定的实际应用价值。

参考文献

[1] 梁宗红，黄三弥.振动测试技术在旋转机械中的应用[J].工业科技，2004，1（33）.

减振技术论文篇(3)

关键词：混合控制；建筑结构；减震效率；地震反应

中图分类号： TQ336 文献标识码： A 文章编号：

耗能减振技术是建筑结构抗震减振设计中的一个新技术。耗能减振技术有调谐液体阻尼器TLD、调谐质量阻尼器TMD等。这些耗能减振技术广泛应用于实际工程中。而混合控制技术是将建筑结构振动控制技术中的主动控制、半主动控制、被动控制结合起来。由于集合了诸多振动控制技术的优点，成为了目前建筑结构振动控制的主要研究热点。例如，将TLD和粘性流体耗能器混合，可以减少TLD的起振阶段缺陷，从而提高建筑结构的地震控制效率。

建筑结构的动力特性和各种减震控制的方式，都和输入的地震能量有联系。目前，建筑工程结构都是基于刚性地基来进行减震控制的设计。土与结构的相互作用SSI，会使得土层地基上的建筑结构和刚性地基相比较，降低了自振频率，增大了振动效应。最终会影响整个建筑结构的控制减震效果。无论是主动控制还是半主动控制，SSI控制规律、方法都需要考虑较多的因数，控制的效率也不能达到刚性地基的程度。SSI体系中的TLD、TMD也不可能比刚性地基减震效果好，甚至会出现负效应。土层地基软，则SSI影响则会更大。如果要对土层地基上的建筑结构进行抗震控制，则需要考察SSI体系的地震特点。如果要实施减震的设计控制，则要在设计和控制分析中考虑SSI影响。本文主要探讨了讨论SSI对VFD、TLD混合控制的减震效果。

1土层地基建筑结构混合控制的方程公式

刚性地基上的建筑结构混合控制时，受控的结构在地震反应状态下的方程公式为。

该式是基于TLD的系统总坐标而建立的。其中，C、K是TLD总坐标中的质量和刚度矩阵。指的是TLD装置处于总坐标系下的质量矩阵，指的是TLD装置处于总坐标系下的阻尼矩阵，是TLD装置处于总坐标系下的刚度矩阵。是总坐标系扩展获得的阻尼矩阵。、是自由度对地面的加速度，、是速度、位移向量。I为地震作用的位置，是水平地面运动的加速度。

而柔性地基上的建筑结构混合控制，则将整个体系分为三部分，即群桩基础、刚性承台、上部结构。运用子结构建立的上部结构方程为。

是建筑结构处于自由场地运动时的加速度，包括转动向量和平动分量。是基础单位运动时产生的上部分拟静力位移的矩阵。而如果不考虑输入地震能量的竖向，那么刚性承台则为。是承台质量惯性的矩阵。最终将这些方程式全部汇合在一起，用和频率无关的阻尼器和弹簧来代替地基的阻抗作用。那么台底面的反力和位移关系则可以用公式表示为：。=，=。在地基的阻抗过程中，是迫振频率。而取建筑结构上部分或者是桩基或桩基结构的基频。

2分析数值

选择不同的2个串联规格的剪切型钢结构来当计算的模型。I模型有15层，每5层的层间刚度和质量都相同，层间质量自上而下依次是4.5×kg、4.8×kg、5.4×kg，层间的剪切刚度依次是12.43×N/m、12.98×N/m、14.23×N/m。I模型为11×kg承台质量、17×17的承台平面尺寸、5×承台惯性矩。有0.5m的桩径、21m的桩长和2.5m的桩间距。Ⅱ模型为20层，每5层的层间刚度和质量都相同，自上而下层间质量为8.5×kg、9.5×kg、11.6×kg、128×kg。层间的剪切刚度依次是47.8×N/m、53.7×N/m、67.9×N/m、72.4×N/m。Ⅱ模型为2.3×kg承台质量、33×33的承台平面尺寸、2.2×承台惯性矩。有0.9m的桩径、41m的桩长和3m的桩间距。土层地基的厚度大概为310m，如果是均匀土层，那么剪切波速则是150m/s、200m/s、300m/s、350m/s。

混合控制的设计，是按照/为0.98，设置TLD减震装置在建筑结构的顶部。如果不考虑SSI，那么基频属于刚性地基上的建筑结构。如果需要考虑SSI，那么则基频是土层地基上的建筑结构。分别在I模型、Ⅱ模型的每层设置好VFD，I模型达到了2500kNs/m，而Ⅱ模型达到了4000kNs/m。这样的附加阻尼在刚性地基上的建筑结构，等于顶层1.42%阻尼比和底层0.95%阻尼比。建筑结构的振型不会对附加阻尼有正交，因而不能等效结构附加的阻尼。在I模型、Ⅱ模型中输入Taft波、E1一Centro波的地震波。

为了进行比较，可以对钢结构模型分成两种情况来计算地震反应时程。一种是混合控制，一种是不设减震控制。再利用地震反应峰值和均方值来计算在混合控制的条件下，建筑结构的减震效果。考察中的结构地震反应有三个表征性的反应量，即底层剪力、顶层加速度和顶层位移。将考察的结果和数据记录下来。

3得出结论

不同的地震波，会导致在混合控制系统下的建筑结构其减震效率发生差异。地震波中的上海人工波比较适用于软地，而Taft波、E1一Centro波适合刚性地基。这就表明，在实际检验建筑结构混合控制的效果时，要选择好地震波的种类，要和实际场地相符。而不同种类的建筑结构混合控制也有着较大差别的减震效率。在模型I和模型Ⅱ的比较中发现，模型I自振频率比较高，而模型Ⅱ的自振频率低。自振频率高的建筑，其减震效率比自振频率低的建筑要高。

土层地基的土层逐步的变软，那么土层中的剪切波速就会逐步的减小。从而降低了混合控制中的减震效率。轻阻尼的钢结构，如果土层基岩比较硬，那么建筑结构的混合控制就有较高的减震效率。位移以及剪力地震的方值会在40%—70%的范围内。而在软弱的地基场地之下，建筑结构的混合控制就会降低减震的效率。大约减震效率会降低25%以内。和仅仅使用TID的建筑结构相比，考虑了SSI之后，便能够很有效的将结构体系减震效率提高上来。土层地基中的土层一旦变软，那么SSI的作用就会减小，那么建筑结构的抗震反应将会强于混合控制的作用。这其实和土与结构相互作用的减震效率理论模型研究有相同的结论。而有时候，建筑结构地震反应中的减震效率比在峰值的减震效率还要高。这是由于建筑结构地震反应是表现结构控制时在总体耗能中的平均水平，而峰值的减震效率却是瞬间的地震耗能效率。

结束语：

土层地基上建筑结构混合控制的减震效率，会考虑到土与建筑结构的相互作用。而在VFD和TID的混合控制中，可以增强TID的抗震性能。这是一个比较科学高效的结构减震方法。土层地基的土层逐步的变软，那么土层中的剪切波速就会逐步的减小。通过实践证明，自振频率高的建筑，其减震效率比自振频率低的建筑要高。而在此时也指出，在土层地基中的软地基建筑结构实施减震控制时，需要正确的认识土与结构的相互动力作用，并且要适时的评价建筑结构控制减震的经济性和必要性。

参考文献：

[1]王桂起.浅谈建筑结构设计隔震和消能减震措施[J].深圳土木与建筑.2012，（2）.

减振技术论文篇(4)

关键词：轻轨车站；减震孔；大直径水平掏槽；地表振动速度；数值分析

中图分类号：U239.3 文献标志码： 文章编号：

1、前言

近年来，地下工程正在城市里面的兴建，地下建筑对临近建筑的影响越来越常见。随着政府部门的关注和公民环保意识的增强，减少施工过程中的爆破振动成为国内外研究的热点问题。又由于对爆破破岩机理的理论认识仍然亟待解决和完善，所以增加了爆破振动研究的困难。本文以重庆市轨道交通3号线工贸暗挖车站为依托，研究减震孔对降低爆破振动的作用。

2、工程概况

本站位于重庆市南岸区工贸大楼主楼（砼22F/－1F）的南侧，在工贸大楼裙房楼（砼2F）之下，车站主体结构暗挖段为拱形隧道结构。车站的北侧是海铜公路、国际会展中心，东侧为南坪北路，西南侧接上海城。本站暗挖段设计起止里程SK5+684.639～SK5+808.589，车站暗挖段总长123.95m。设计为该里程范围内车站暗挖主体结构工程。车站暗挖段（SK5+684.639～SK5+808.589）采用新奥法施工，主体结构采用复合式衬砌结构，曲墙拱形断面型式，等截面封闭衬砌。洞内结构采用框架结构，框架与衬砌结构的连接采用刚性连接。

图2.1开挖典型断面

接下来把上图（图2.1）中左上角开挖断面（“1”部分）选为典型计算断面运用大型有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行模拟分析和比较。

3、建立ANSYS模型

本站周边眼炮眼布置采用经验公式和工程类比法确定，采用隔孔装药[23]。炮眼间距E=100cm，炮眼直径d=40mm，抵抗线W=100cm，炮眼布置和参数值见表4.1。

目前，爆破对岩体损伤作用研究成果中，许多研究把掏槽炮孔爆破对岩体的破坏作用当成主要作用，而没有考虑到辅助炮孔和周边孔爆破对岩体的破坏作用。为了能更实际的体现岩体的损伤过程，本文将考虑到辅助炮孔和周边孔爆破时对岩体的破坏作用。

表4.1炮眼布置和参数值

本次模型计算取岩土计算范围150m×66m×6m，由于岩体实际边界情况是无限边界，而计算模型取的是无限岩体的一部分，在模型中需对边界人为处理。为了消除人工边界处的反射波对结构动力响应的影响，计算过程中除了顶面没有设置约束外，其余五个面设定为无反射边界条什。有限元模型单元采用六面体单元，围岩单元类型均采用solldl64单元。模型计算总装药量40kg,开挖起爆顺序为掏槽孔—辅助孔—周边孔。

图4.3计算模型网格

从图4.15~图4.18可得出工贸车站开挖爆破时，地表面水平方向不同节点的X方向最大振动速度为0.07cm/s,Y方向最大振动速度为0.1cm/s,Z方向最大振动速度为0.12cm/s,最大合振动速度为0.12cm/s。从上数据得出，沿着地表面水平方向不同节点的远离起爆点，振动速度减小。

4、计算结果分析

本次模拟总装药量40kg,光面爆破开挖起爆顺序为掏槽孔—辅助孔—周边孔。在现有的装药量情况下，由于起爆点与地表距离18m，计算所得震动影响较小。

①地表面接触处最大振动速度为0.12cm/s，随着与起爆点的距离越远爆破振动速度不断减小。根据《爆破安全规程》，爆破对周边建筑物的震动安全允许标准不得大于2.5cm/s，本次计算结果最大振动速度小于安全允许标准。

②地表正上方的合振速度峰值为0.12cm/s，而隧道拱顶的合振速度峰值为0.48cm/s，前者仅为后者的1/4。由于地震动效应在不断地衰减，距离起爆点越远，爆破振速越小。尤其在竖直方向上几乎每隔一段距离峰值会成倍减小，即地表的振动峰值远小于岩体中起爆点附近的振动峰值。

③爆破影响区地表各点振速大小、衰减波形基本一致，起爆点正上方的振动速度基本能代表该地区地表的振动情况。

④10ms以前的爆破振速峰值大，下降快，在此以后的爆破振速峰值小，衰减慢。具体来讲，前15ms振速峰值减小了3倍左右，0ms~5ms的斜率接近90度，峰值迅速增大，此后峰值开始减小。5ms~10ms的斜率约为60度，10ms~20ms斜率为0，峰值基本不变，此后的斜率略大于0度，振速峰值在0.02cm/s以下并且缓慢减小，40ms以后波形明显变疏。

⑤与普通光面爆破各个时间段的振动峰值作比较，会发现受地震动效应影响较大的时间段缩短了大概5ms（从10ms减小至5ms）。并且最大振动峰值减小了2~3倍。

5、结语

随着城市人口密度不断地增加和人们对开发地下空间愿望的不断增强，必须合理地利用城市地下空间。在城市轨道交通系统建设过程中，地铁与轻轨以及地下车站穿越城市商业区高层建筑物情况越来越多，因此必须考虑地下车站爆破施工造成的地震动问题。本文通过研究减震孔爆破技术主要得到了以下结论：①减震孔爆破技术很好的控制了爆破振速，满足规范要求，保证了地表建筑物的安全。②减震孔爆破技术方便了断裂面的产生。相同装药量下，减震孔爆破地表面接触处最大振动速度为0.12cm/s，同时该技术还缩短了地震动效应强烈作用的时间（从15ms到10ms），减小了开挖过程对围岩的扰动，为锚喷支护赢得了更长的时间，提高了爆破的质量。

综上所述，减震孔爆破技术至少有以下几方面的优势：①进一步减小了开挖过程对围岩的扰动，暂时稳固了围岩，方面后续锚喷支护工作。②提高了光面爆破的质量，例如提高了眼痕率，减少了超挖量等。

参考文献：

[1]杨其新等.地下工程施工与管理[M].成都：西南交通大学出版社,2005.

[2]朱宇.改进新建隧道对既有隧道震动影响的爆破技术[J].铁道建筑.2009,10:47.

[3]王彦荣，魏东.大孔径炮孔控制爆破开挖基坑[J].工程爆破.2006,12(1):35.37.

减振技术论文篇(5)

【关键词】石英晶体谐振器;集成电路;二次封装

随着时代的进步，改革开放的不断深入，科学技术的迅猛发展，新产品、新器件层出不穷。我们引进了钟振这种新型器件，它是将普通晶体振荡器的除石英谐振器外的诸多元件集成于一块标准的可封装的集成电路中，在相应频段焊上不同的石英谐振器就成为了不同频率的振荡器，它是一种新型的晶体器件。石英谐振器的频率在一定条件下直接决定了钟振的频率，要制作不同频率的钟振，实质上就是制作与之配套的不同频率的石英谐振器，因此石英谐振器是钟振的核心部分。

1.产品主要技术指标

频率―温度稳定度：≤±30×10-6;

工作温度：-55℃～+125℃;

基准温度初始精度：≤±3×10-6;

频率―电压允差：≤3×10-6;

输出波形：方波;

占空比：45%～55%;

短期频率稳定度：0.05ppm/s;

电源电压：+5V±0.5V;

外形尺寸：20.8mm×13mm×5.6mm。

2.技术难点

2.1 宽温频率―温度稳定度

在-55℃～125℃超宽温度范围内使其频率温度稳定度达30ppm，且体积又小，难度是很大。采用石英晶体谐振器计算机辅助设计软件，计算晶体角度，为保证温度频差，对晶体切角进行了大量试验验证，对EFG角度分选出各种角度做成的晶体用美国S&A公司制造的2200晶体综合参数测试系统，反复几次的温度测试、数据取样论证，得出结论角度选为AT切35°30'±0.5'，满足技术要求。

2.2 高可靠性的保证

电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。尽量采用低功耗器件，在满足工作速度的情况下，尽量选用CMOS电路，此电路就是选用CMOS电路。同时又改变了通用钟用晶振加工工艺，以往晶片封装，晶片易损坏，现把整个薄膜电路改为印制电路板形式，并且把军用元件，石英晶体牢固的焊在印制电路板上，使元器件与印制电路板成为一体，此设计方案起到双重保护作用，这样能经受较大的振动和冲击，满足用户的技术需求，在结构上采用二次焊封装技术，密封性好，这样就确保该振荡器能稳定可靠的工作。

2.3 基准温度初始精度

针对钟振来说想达到基准温度初始精度±3ppm这个精度是很难的，晶体的频率温度转折点约在27℃左右，既要保证宽温温度特性，又要保证±3ppm的基准温度初始精度，必须采用功耗小的集成电路来实现，集成电路功耗一般都在25mA左右，通过增大电路中反馈偏值电阻，来减小电流，使电流达到10mA左右，降低功率，再采取晶体外壳大面积接地来散热，降低电流通过晶体产生热量使其频率漂移，满足此项指标要求。

3.振荡电路的设计

3.1 设计方案

振荡器是一种把直流电能转变为一定形式的周期交变的信号发生器。振荡系统可以是LC组成的振荡回路，称作LC振荡器。而LC振荡器的频率稳定度只能达到10-2～10-3量级。许多应用领域中是不能满足技术要求的。由于石英谐振器具有很高的Q值，能使频率稳定度可以提高到10-4～10-10量级或者更高。所以，在频率稳定度要求很高的情况下，就要使用石英晶体组成的振荡器。这种晶体振荡器体积小、性能稳定，可以做到几十个PPM甚至更小，完全能达到技术指标要求，满足用户使用需求，适合批量生产。

根据用户要求的技术指标，要设计一种高可靠并适用温度超宽，输出波形为方波的振荡器。通过论证，采用集成电路与晶体谐振器相结合，产生振荡，组成晶体振荡器。如图1。这种电路设计新颖，加工方便，可靠性高，输出频率稳定，适合批量生产。

图1

3.2 满足电路振荡的理论条件

使用表面贴装技术把集成电路、印制电路板与石英晶体混合组成晶体振荡器，振荡线路由放大器和反馈网络按闭环回路组成，如图2所示。

图2

此电路产生振荡条件是：

a.放大器A的电压增益A乘以反馈网络F的衰减系数F的积必须大于1，即AF≥1。

b.信号通过放大器A和反馈网络F后，其总的相移为360o的正整数倍。

4.振荡器用晶体设计

4.1 水晶材料

水晶有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。不论是天然水晶还是人造水晶，都程度不同的存在一些缺陷，这些缺陷，轻的会影响晶体元件的电性能，严重的根本就不能使用。随着晶体的小型化，高频化，和高稳定度要求，对水晶质量的要求越来越高。因此，为保证晶体质量，对水晶材料的质量要求是比较严格的。本产品的要求是Q值>240万的Z块（或Z板）人造水晶，包裹体密度的等级标准选Ⅰ级，腐蚀隧道密度不低于3级。

4.2 石英晶片的设计

标称频率为30MHz的晶体，根据该振荡器内部设计结构及可靠性，我们选AT切泛音振动模式，晶片外形通常采用Ф=4.5mm平片倒边。

4.3 工艺过程

4.3.1 切角的保证

对切割后为35o30'±2'的方片，进行角度校对，使其在35o30'±0.5'以内。为了保证最终角度，经过粗磨、改圆、精磨后的晶片再进行一次EFG角度分选，进一步保证切角的精度。

4.3.2 滚筒倒边

利用滚筒倒边可以有效地抑制寄生振动，减少边缘效应，从而改善石英片的电性能。利用进筒前后频率，可以有效地控制倒边宽度，倒边频率上升60kHz，可达预期效果。

4.3.3 抛光

对滚筒倒边合格的石英晶片用二氧化铈进行抛光，最后使晶片的厚度达0.168mm+ 0.003mm以内。

4.3.4 清洗、被银、上架点胶、微调等

工序同其它石英谐振器的加工基本相同。

4.3.5 封装与老化

封装采用真空电阻焊封装，然后放入105℃±2℃烘箱内老化168h。

5.实测结果

按照上述的设计方案对产品进行了生产试制，从测试结果看（如表1所示），振荡器的各项指标完全达到了技术指标，满足用户上机使用要求。

6.结束语

钟振由于它具有体积小，重量轻，功耗低，稳定性好，加工方便并广泛适用于数字电路等优点而具有巨大的发展潜力。我们采用了新工艺、新材料，采用了先进的晶体制造技术、使产品达到了国内领先水平，在研制生产中不断总结经验教训，逐步摸索出一套适合于我们现有条件的加工制作工艺，进一步提高产品质量，更好地为科研服务。

参考文献

[1]张沛霖，钟维烈，等.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社，1997.

[2]赵声衡.晶体振荡器[M].科学出版社，2008.

减振技术论文篇(6)

关键词：概述 发展和原理 控制技术 存在问题

Abstract: with the structure control subjects, information technology and materials science development, the scientists and the engineers from learning and thinking about get inspiration, to mention civil engineering structure damping control research status is analyzed, the present main damping control using the principle and method of domestic and foreign new to the suspension control methods and research results are reviewed and evaluated, and the future research prospects and puts forward the development direction.

Key words: an overview development and principle of the control technology has a problem

中图分类号： TU318文献标识码：A 文章编号：

一. 概述

土木工程的英文是 Civil Engineering ,直译是民用工程，它是建造各种工程的统称。它既指建设的对象，硕士论文即建造在地上，地下，水中的工程设施，也指应用的材料设备和进行的勘测，设计施工，保养，维修等专业技术。

土木工程随着人类社会的进步而发展，至今已经演变成为大型综合性的学科，它已经出许多分支，如：建筑工程，铁路工程，道路工程，桥梁工程，特种工程结构，给水排水工程，港口工程，水利工程，环境工程等学科。土木工程共有五个专业：建筑学，城市规划，土木工程，建筑环境与设备工程和给水排水工程。土木工程作为一个重要的基础学科，有其重要的属性：综合性，社会性，实践性，统一性。土木工程为国民经济的发展和人民生活的改善提供了重要的物质技术基础，对众多产业的振兴发挥了促进作用，工程建设是形成固定资产的基本生产过程，因此，建筑业和房地产成为许多国家和地区的经济支柱之一。

二. 结构控制的发展以及原理

1.结构控制的发展

结构减震控制技术的发展是抗震理论和实践发展到一定阶段的产物,它是土木工程、地震工程、材料科学、计算机技术、控制技术等学科的交叉点。结构减震控制技术的发展经历了以下几个阶段:①概念建立阶段:结构控制概念的建立始于20世纪70年代;②研究阶段:理论研究和试验阶段,始于20世纪70年代;③应用阶段:试点工程始于20世纪80年代,推广应用则因不同的控制技术和方法而异。现代结构控制概念和理论自1972年T. P.Yao提出以来,受到广泛重视。自1978年9月,在苏格兰爱丁堡大学举行了欧洲“结构震动控制”学术交流会以来,国际上几次召开结构控制方面的学术会议。

我国古代许多减震技术和方法是我国古代工匠长期实践经验的总结,如我国大量传统木结构斗拱把柱安放于石臼上。20世纪50年代我国工程技术人员曾提出滑动基础隔震方法,并进行了工程实践。而现代减震控制技术和理论的研究则于20世纪80年代末正式起步, 90年代以后结构控制方面的研究者明显增多。2001年修订颁布的《建筑抗震设计规范》(GB 50011―2001)增加了隔振和耗能减震的内容。

2.结构减震控制原理

减小结构的地震响应,需要从动力学方程来考虑。第1种办法是不让地震输入,即消震,也就是不让地震发生。目前这种方法的实现还是有相当大的难度。第2种办法是使得惯性力减小。根据动力学原理,结构自振周期大,获得加速就越小,通过隔震方式实现这个目的。第3种方法是增加结构的阻尼,使结构构件所负担的地震作用减小。但是,通常结构自身的阻尼很小,钢结构自身阻尼比约为2%,混凝土结构约为5%。因此应设法增大结构的阻尼,即在主体结构之外增加一些阻尼器。第4种方法是人为地设置一些构件,利用这些附加构件的塑性变形消耗能量来保护主体结构的整体性。增加阻尼器和设置一些专门构件,都是为了消耗地震能量,前者靠阻尼器来消耗能量,后者靠塑性变形来消耗能量,统称为消能减震方法。第5种方法是在结构上另外附加一个质量―弹簧系统,相当于一个调频器,但该附加系统自身频率合适时,可以使得附加质量块的运动方向与结构的运动方向相反,从而减小结构的振动幅度,达到减震的目的。

三. 控制技术

1被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术，一般是指在结构的某个部位附加一个子系统，或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持等优点而引起了广泛的关注，并成为目前应用开发的热点，许多被动控制技术已日趋成熟，并已在实际工程中得到应用。被动控制从控制机理上可分为基础隔振和耗能吸能减振两大类。基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置，以减小地震能量向上部的传输，从而达到减小上部结构振动的目的。基础隔振能显著降低结构的自振频率，适用于短周期的中低层建筑和刚性结构，由于隔振仅对高频地震波有效，因此对高层建筑不太适用。耗能吸能减振耗能吸能减振装置主要有:金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘性液体阻尼器、调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、液压质量控制系统和质量泵等。

2主动控制是一种需要外部能源的结构控制技术，它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的，其工作原理如下:传感器监测结构的动力响应和外部激励，将监测的信息送入计算机内，计算机根据给定的算法给出应施加的力的大小，最后，由外部能源驱动，控制系统产生所需的力。如果传感器仅测量结构响应的信号，称控制系统为闭环控制;如果传感器仅测量外部激励的信号，称控制系统为开环控制;如果传感器同时测量结构响应和外部激励的信号，则称控制系统为闭-开环控制。主动控制可分为控制力型和结构性能可变型(半主动控制)两类。控制力型它的特点是采用能检测结构及外干扰振动的传感器，将传感器获得的信号作为控制振动的控制信号，通过作动器随时向结构施加控制力，以便及时控制结构的动力反应。控制装置大体上由仪器测量系统(传感器)、控制系统(计算机)、动力驱动系统(作动器)等组成。目前研究开发的控制力型的主动控制装置主要有:主动质量阻尼系统、主动拉索系统、主动支撑系统、主动空气动力挡风板系统、气体脉冲发生器系统等。结构性能可变型(半主动控制)它是利用控制机构来主动调节结构内部的参数，使结构参数处于最优状态，所需的外部能量比控制力型小得多。结构性能可变型主动控制更容易实施而且也更为经济，而控制效果又与前者相近，因此结构性能可变型主动控制目前具有更大的研究和应用价值。结构性能可变型主动控制往往采用开关控制或称为"0-1"控制，通过开关改变控制器的工作状态，从而改变结构的动力特性。目前，较为典型的结构性能可变型主动控制装置有:可变刚度系统、可变阻尼系统、主动调谐参数质量阻尼系统、可控(电流变或磁流变)液体阻尼器、可控摩擦式隔振系统等。

3混合控制是主动控制和被动控制的联合应用，使其协调起来共同工作。这种控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点，它既可以通过被动控制系统大量耗散振动能量，又可以利用主动控制系统来保证控制效果，比单纯的主动控制能节省大量的能量，因此有着良好的工程应用价值。目前混合控制装置主要以下几种:主动质量阻尼系统(AMD)与调谐质量阻尼系统(TMD)或调谐液体阻尼系统(TLD)相结合的混合控制;主动控制与阻尼耗能相结合的混合控制;主动控制与基础隔振相结合的混合控制等。

四.结构控制中存在的问题

1.数学建模问题

主要是因为建筑结构的体形都比较巨大,自由度近于无限,即使是采用相对比较精确的有限元建模方法,结构控制自由度数也是惊人的,因此在目前的结构振动控制中采用的都是经过极度简化和经过模态降阶的控制模型。这和实际建筑结构有很大差异。用这样的简化和降阶模型做出的控制,不能保证在实际地震中能产生预想的控制效果,而且,目前大部分控制算法与结构参数直接相关,结构参数的不确定性将导致控制性能恶化。

2.外界荷载不确定的问题

建筑结构所受到的外界荷载不能按一般工业控制中当成外界扰动来处理,因为外界荷载是决定结构振动的主要影响因素。而且尤其像地震荷载这种不平稳随机过程,它不具有普遍意义上的统计随机性。对于某地震动的频率、幅值、持时特性,人们只能利用当地的场地反应与粗略估计。这种不确定性也必将导致实际控制性能与设计目标的差异。

3.测量和时滞的影响

传感器采集到的结构状态信号不可避免存在噪声污染;观测传感器的精度与观测范围成反比关系,因此有可能由于未知因素的影响而造成观测溢出和控制溢出,从而造成控制性能下降甚至可能导致结构的不稳定,形成激振,加速结构的破坏。测量信号转换、信号处理、计算控制信号、施加控制力都需要一定的时间,从而造成控制的时滞,如果不考虑这个因素,就会造成控制效率的下降,甚至会造成控制结构的失稳。

4.非线性问题

建筑结构非线性问题包括2个方面,结构非线性和几何非线性。结构非线性主要是由结构材料的非线性所决定。由于目前结构设计方法是允许结构发生塑性变形,在结构遭受多年一遇甚至百年一遇的地震荷载作用时,结构在地震作用下可能已经进入塑性状态,而结构在地震荷载和强风荷载作用下,由于位移很大, P-效应将是一个不可忽略的几何非线性问题。因此,在结构特性发生变化时,结构振动控制应该对控制律作实时调整,否则会使结构控制品质下降甚至恶化。

5 总结

人们生活水平的不断提高，必然要求越来越舒适的居住环境，在这种情况下，建筑的发展直接推动了土木工程的发展。解放时期后，随着国家对基础建设的投入的不断加大，一座座高楼想雨后春笋一样出现在中华大地。本文总结了相关的控制技术以及存在的问题，我们要正视存在的问题，才能发展得更好。

减振技术论文篇(7)

关键词：方坯连铸机；非正弦振动；参数选择；振痕深度

中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0042-02

1 概述

由于方坯电动非正弦振动技术具有改善铸坯质量、提高拉速、可在线调整振动参数等显著优点，使得这一技术在国内得以较广泛应用。在非正弦技术实际应用中，其振动参数的选择是改善铸坯质量的关键技术环节，为此，文章就非正弦振动的选择依据、方法进行了阐述，对每种参数的优缺点进行分析，通过不断优化最终得到适应于方坯铸机的最优非正弦振动参数。

2 振动参数选择的依据

振痕深度实际上是由负滑脱时间的长短控制的，减小负滑动时间可减小振痕深度。但负滑动时间也不能太短，以防止坯壳与结晶器发生粘结。据国内外相关研究振动参数选择与确定的基本依据如下：

负滑动时间tN：负滑动时间控制坯壳的粘结，可选择的范围为0.08～0.183s，与正弦参数一致。

负滑动超前量NSA：该参数为负滑动时间里结晶器相对铸坯的位移量，可选择范围为3.8～5.11mm。

正滑动时间tP：保护渣消耗量与tP成正比。取较大值可以增加保护渣消耗量，起到改善作用。

偏斜率a的选择：取值越大越有利。但若a取值过大，则使结晶器向下振动的加速度变得很大，从而造成对设备的冲击和不平稳。若取值太小，则非正弦振动的优越性又不能充分地发挥出来。根据目前的使用经验，一般取a≤40%。

以上资料中给出的工艺参数取值，只是定性的选择，定量的确定需参考已有的非正弦振动操作实践及通过实践对比铸坯质量进行摸索。

3 非正弦参数摸索开发及优化实践

R6m全弧形方坯铸机，铸机断面150×150mm，结晶器长度900mm，铸机正常拉速2.2～3.0m/min，参照非正弦参数选择依据并结合实践铸坯质量检验结果，振动参数开发及优化过程如下：

3.1 试验非正弦参数（F=70V+50，振程S=8.4mm，偏斜率0.2）

非正弦各项参数与应用情况：参照其他钢厂实践经验，选用以上非正弦参数，此振动参数采用固定振幅，随着拉速的变化，通过调整振动频率实现结晶器振动的匹配控制。计算非正弦主要参数如下：正常拉速下（1.6～3.2m/min）负滑动时间在0.078～0.140s之间，负滑动超前量在3.40～4.06mm之间，正滑动时间波动范围为0.196～0.323s，与非正弦参数取值范围吻合较好，为此将此非正弦参数进行试验应用。在该参数下进行试验，4流非正弦振动与3流正弦振动（F=60V+60，振幅4mm）取样酸洗对比发现，应用此非正弦参数铸坯振痕深度平均为0.31mm，振痕深度大于正弦振动参数下的0.24mm。说明此参数不能适应我厂非正弦振动的要求。

对此参数的分析：此种模型为振动频率与拉速成比例的控制模型，模型中振幅不随拉速变化，随着拉速、频率的增加，负滑动时间、正滑动时间下降较快，即拉速的较大幅度变化会引起负滑动时间剧烈变化，从而影响铸坯质量。

3.2 试验非正弦参数（F=30V+125，振程S=6+1V，偏斜率0.2）

非正弦各项参数计算与应用情况：因此套电动非正弦振动系统可实现振幅的在线可调，设计了一种振幅、振频都在线调节的匹配控制模型。在此种模型中，振幅随拉速增加而增加。随着拉速增加，正滑动时间、负滑动时间波动范围减小（拉速从1.6m/min增加至3.2m/min，正滑动时间波动范围为0.249～0.304s，负滑动时间波动范围为0.090～0.129s）。正常拉速下负滑动超前量在3.14～3.55mm之间，在工艺参数中，除负滑动超前量与参数选择依据有所差别外，其余参数吻合较好。在该参数下进行试验，4流非正弦振动与1流正弦振动对比看，铸坯振痕较前一非正弦模式振痕有所改善，但与原正弦振动振痕对比，改善效果不明显，振痕深度平均值与正弦振动接近。

对此参数的分析：此种振动参数，振频较低（138～176次/min），振幅随拉速增加，且初始值即为±3mm，未能充分发挥电动非正弦振动高振频、小振幅的优势，且负滑动时间取值略长，不利于减轻铸坯振痕深度。

3.3 试验非正弦参数（F=40V+145，振程S=4.4+1.2V，偏斜率0.2）

改用非正弦参数（F=40V+145，振程S=4.4+1.2V，偏斜率0.2），此参数较F=125+30V的参数增加了振动频率，相对减少了振幅，此参数正滑动时间较长，负滑动时间减短，且波动值较小，对减轻振痕深度有利，计算工艺参数如表1所示。

在该参数下多次进行铸坯酸洗检查发现，4流铸坯振痕比其他流次明显减轻，振痕深度由正弦振动的平均0.24mm降低到平均0.13mm。

4 新开发的非正弦振动参数应用后的使用效果

4.1 提高铸坯表面质量

通过近两个月的振动参数调整，新开发的非正弦参数能够适应高拉速的方坯铸机生产，充分发挥了电动非正弦振动高振频、小振幅优势，铸坯振痕深度得到较明显的改善，提高了铸坯的表面质量。

4.2 保护渣耗量增加

非正弦项目应用后，增加了保护渣耗量，实际测量方坯非正弦振动渣耗量较普通正弦振动保护渣耗量平均增加0.034kg/t钢，保护渣耗量的增加可改善结晶器与坯壳之间的效果，有利于防止坯壳粘结，降低漏钢事故率，并有利于进一步提高铸机拉速。

5 结语

从此次非正弦参数的开发与优化实践证明：

（1）电动非正弦振动可改善连铸坯表面质量，提高保护渣耗量，减少铸机事故。

（2）非正弦振动参数的选择合理与否十分关键，如参数选择不合理则不能达到减小振痕、提高保护渣耗量降低事故的目的。

（3）非正弦振动参数的开发需经理论计算及实际使用的验证，在实践中对比各参数下的铸坯质量改善情况，并据此进一步进行优化，最终达到电动非正弦振动的最佳使用效果。

参考文献

[1] 田燕翔.现代连铸新工艺新技术与铸坯质量控制

[M].北京：当代中国出版社，2004.