第２４卷第２期

大型造纸机的基础动力设计

Ｋ＝Ｄ，Ａ

（４）

尼器单元沿３个方向布置。

式中

Ｋ：、疋——天然地基的竖向和水平刚度，

ｋＮ／ｍ

Ｄ：、Ｄ，——天然地基抗压和抗剪刚度系

数，ｋＮ／ｍ３。其中，Ｃ。＝０．７Ｃ：

Ａ——基础梁（或板）的底面积，ｍ２

关于计人基础蜱深和刚性地面作用对刚度的提高

以及阻尼比的计算不再列出。

１．２．３地基总阻尼的确定

地基总阻尼可由《动规》有关公式计算，例如

桩基竖向总阻尼系数Ｄ。：为：

Ｄｐｚ＝２９’严￣／枨睥

（５）

式中，ｍ为机组的质量；Ｋｐ。为地基总刚度；‘’。。

为阻尼比。

地基的总竖向冈Ⅱ度由桩基峰向刚度（式（１））和

承台下土的竖向刚度（式（３））两部分组成，一般来

说，仅仅依靠承台下土的竖向刚度是不够的，纸机动

力基础一般要布置桩基。

桩基的水平刚度取相应的天然地基水平刚度的

１。４倍，丽天然地基的水平刚度南式（４）计算。由式

（４）可见，地基的水平刚度与承台（基础梁或板）

的底面积有关。当地摹水平刚度不够时，只能通过增

大承台底面积来增加水平刚度。

１．２．４地幕刚度和阻尼的等效

地基作用等效为弹簧和阻尼器，地基总刚度和总

阻尼如上所述。

有限元分析模刑中，在基础梁或板的若干节点上

施ＪＪＨ弹．簧单元（ｃｏｍｂｉｎｌ４），其单元刚度和阻尼由地

基总刚度和总阻尼除以相应的节点数求得。这种地基

处理方法易于实施并有规范作为依据，是一种有效的

工程方法。

２有限元模型及动力分析步骤

２．１模型描述

图３为荣造纸机干燥部分的有限元模型，其中机

架采用空间杆单元（ｂｅａｍ４）模拟，若干节点上设置

有集中质量单元（ｍａｓｓ２１）；卷筒轴承座中心（有限

元模型中为节点）作用有动力荷载。由于机架部分

的形状和质量分布十分复杂，机器制造厂家～般会提

供机架的有限元模型（包括杆件尺寸、材料特性、

集中质量大小和荷载大小及作用点）。框架基础部分

可以采用空间杆单元模拟，也町以采用ｉ维实体单元

（ｓｏｌｉｄ４５）模拟，本文中采用三维实体单元模拟，地

基作用则采用弹簧单元（ｃｏｍｂｉｎｌ４）模拟，弹簧阻

图３典型振动系统有限元

２．２动力分析步骤

２．２．１模态分析

动力分析的第一步是模态分析。通常对纸机纵向

（ＭＤ）、竖向（ＶＤ）和横向（ＣＤ）的第一阶固有频

率提出要求。动力设计中，保证满足这些频率要求是

很莆要的。下面将用实例来说明这种保证的重要性。

２．２．２简谐分析

对于受到多个不同幅值和不同频率的简谐荷载的

系统，需将同频率的简谐荷载分为一组，求出每一组

荷载下系统的响应，再将每一组倚载下的响应进行叠

加，即可得到所有荷载共同作用下系统的响应，由此

可以求出最大响应Ｍ。ｋ…。

２．２．３求响应谱曲线

在多组不Ｉ一频率的简谐荷载作用下，系统某点的

响应一般不再是简谐运动，这种响应需给出其时问历

程曲线（参见图６一图８）。设某点的ｎｌａｊ），；ｚ为Ｕ（ｔ），

其均方根响应Ⅱ一为：

ｕ一２［１

ｆｒ

ｚ（￡）叫２

‘６’

对于简谐运动：

‰＝比一＝万１“咿ｔ

（７）

式中，Ⅱ。。。为简谐运动的幅值，／／＇ｅｆｔ也称为有效速

度。对于简谐响应，式（７）是严格成立的。对于多个

简谐运动叠加的响应，式（７）近似成立。此时，／／＇ｐｅａ。

为响应的峰值，可由响应的时间历程曲线求得。

由于纸机运行过程中可能经历不同的车速，对每

一种车速，各卷筒都对应一种角速度，其偏心质量就

产生一种频率的简谐荷载，因此需要按每一种给定的

车速（一般由机器制造厂家提出）进行上述的简谐

分析，按式（６）计算系统量测点均方根速度和位移，

再给出车速一响应关系曲线，即所谓响应谱曲线。根

据响应谱曲线，可以找出系统在哪种车速下的响应最

大，从而判断动力设计是否满足要求。

万方数据