[发明专利]含惯容减振系统的野外作业平台动力学建模及参数优化设计方法

说明书

本发明公开了一种含惯容减振系统的野外作业平台动力学建模及参数优化设计方法，包括S1：建立表示地基土与明置圆盘基础之间垂直相互作用的锥体模型，计算地基土与野外作业平台支腿底盘基础动力相互作用的振动阻抗；S2：建立考虑SSI效应的含惯容减振系统的野外作业平台模型的运动控制方程，推导振幅放大因子的解析表达式；S3：以作业平台位移振幅的H_∞范数为优化目标，以作业平台位移振幅的H_∞范数为优化目标，通过遗传算法得到三种惯容减振系统的最优刚度、最优阻尼的数值解，并通过最小二乘法拟合得到适用于工程的经验公式。本发明可为野外作业平台的减振设计提供设计方法，提高其施工作业的动力稳定性。

技术领域

本发明属于作业平台的减振系统技术领域，具体涉及一种含惯容减振系统的野外作业平台动力学建模及参数优化设计方法。

背景技术

野外作业平台作为一种移动性强的多功能升降机械设备，被广泛应用于建筑工地施工、闸门及相关水工金属结构维护、设备与广告安装、飞机场改造、高空清洗等领域。工人作业或机器振动产生的干扰会使作业平台发生振动，从而严重影响工人作业的稳定舒适度及安全性，也会造成作业精度的降低。因此，对作业平台进行减振设计、提高其动力稳定性具有非常重要的意义。当野外作业平台在工地、矿区等环境中高空作业时，特别是在水利工程施工的河滩处，松软的土壤会与作业平台支腿的底盘基础发生动力相互作用，从而改变野外作业平台系统的动力特性。由于减振设计要通过考虑系统的动力特性来调谐，因此土—结构相互作用(Soil-Structure Interaction,以下简称“SSI”)效应在野外作业平台的动力学建模及减振设计中不容忽视。

动力吸振器是工程实际中一种常用的振动控制结构，由弹簧-阻尼器-质量块组成的经典Voigt型动力吸振器可通过调整附加体系的周期使之与主系统的基本周期相近，实现消耗外部激励能量的目的，从而有效地降低主系统的振幅并拓宽激振频率的适用范围。但是，当作业平台承载重量较大时，要想达到理想的减振效果，Voigt型动力吸振器中的质量块通常也将取较大的值，这大大降低了野外作业平台的可移动性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含惯容减振系统的野外作业平台动力学建模及参数优化设计方法，解决现有技术中野外作业平台减振设计中存在的两个问题：(1)现有设计由于忽略了在野外作业时的SSI效应而给主系统的动力特性计算带来了误差；(2)现有的传统弹簧-阻尼器-质量块减振系统由于质量大而降低了野外作业平台的移动性能。

为达到上述目的，本发明技术方案如下：

含惯容减振系统的野外作业平台动力学建模及参数优化设计方法，包括如下步骤：

S1：建立表示地基土与明置圆盘基础之间垂直相互作用的锥体模型，计算地基土与野外作业平台支腿底盘基础动力相互作用的振动阻抗；

S2：建立考虑SSI效应的含惯容减振系统的野外作业平台模型的运动控制方程，推导振幅放大因子的解析表达式；

S3：以作业平台位移振幅的H∞范数为优化目标，优化设计惯容减振系统参数。

传统的减振系统是用弹簧-阻尼器-质量块来做的，但是文献表明为了达到好的减振效果，这个质量块的质量要很大，那么大质量块会降低这个作业平台的移动性。因此本发明采用惯容代替质量块。惯容作为一种新型的利用两端点质量单元惯性来实现减振的元件，作用在惯容两端点的力与两端点相对加速度成正比例关系。与传统的动力吸振器相比，惯容所表现出来的惯容质量远远超过本身的物理质量，甚至可以达到数十倍，从而避免了传统动力吸振器中减振元件质量大的缺陷。因此，本申请中，将惯容元件引入野外作业平台的减振设计，建立一个考虑SSI效应的含惯容减振系统的野外作业平台力学模型，并在此基础上以作业平台上部结构位移振幅的H_∞范数为优化目标，得出惯容减振系统的最优设计参数。本发明在保证野外作业平台可移动性的基础上，有效地提高野外作业平台的动力稳定性。