(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210830491.7 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 巴振宁　符瞻远　韩庆华　王力晨　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 张建中 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 大型地震模拟振动台基础建模及参振质量 有限元计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种大型地震模拟振动台基 础建模及参振质量有限元计算方法， 在模型中， 将振动台基础划分为刚体部分和弹性体部分； 设 刚体部分质量为m0， 加速度为a0； 将弹性体部分 划分为n个弹性单元体， 设： 第i个弹性单元体， 其 质量为mi， 其加速度为ai， 其刚度为ki， 其阻尼系 数为ci， i＝1,2,3, …n； 设弹性单元体通过阻尼 弹簧依次相连。 根据振动台基础设计参数和周围 土体参数， 将 振动台基础与周围土体划分为基础 刚体区域、 基础弹性体区域和周围土体弹性体区 域。 本发明将基础考虑为刚体部分和弹性体部分 的结合会提高基础动力计算的精度， 减小大型地 震模拟振动台基础采用质 ‑阻‑弹模型进行基础 设计所造成较大误差 。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115146510 A 2022.10.04 CN 115146510 A 1.一种大型地震模拟振动台基础 建模方法， 其特征在于， 在模型中， 将振动台基础划分 为刚体部分和弹性体部分； 设刚体部分质量为m0， 加速度为a0； 将弹性体部分划分为n个弹性 单元体， 设： 第i个弹性单元体， 其质量为mi， 其加速度为ai， 其刚度为ki， 其阻尼系数为ci， i ＝1,2,3, …n； 设弹性单 元体通过阻尼弹簧依次相连。 2.一种利用权利要求1所述的大型地震模拟振动台基础建模方法的大型地震模拟振动 台基础参振质量有限元计算方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤一， 根据振动台基础设计参数和周围土体参数， 将振动台基础与周围土体划分为 基础刚体区域、 基础弹性体区域和周围土体弹性体区域； 设基础刚体区域为Ω0， 设基础弹 性体区域为Ω1， 设周围土体弹性体区域为Ω2； 建立包括Ω0、 Ω1、 Ω2的有限元分析模型， 在Ω2外边界施加粘弹性 边界； 步骤二， 利用有限元分析软件对振动台基础进行模态分析， 将振动台基础加载方向基 频作为工作荷载下的加载频率； 根据振动台加载特性在 对应加载方向作动器表面施加等效 均布荷载； 步骤三， 由施加荷载 得到每个有限单 元的加速度值， 进一 步计算振动台基础参振质量。 3.根据权利要求2所述的大型地震模拟振动台基础参振质量有限元计算方法， 其特征 在于， 步骤一中， 首先根据基础设计方案 建立振动台基础 模型并确定材料参数， 根据地勘和 室内土工试验结果确定地基土材料参数并简化分层； 然后根据精度要求确定单元尺寸并进 行网格划分， 选取合适的单元类型； 最后选取合适的人工边界， 建立基础 ‑地基土整体有限 元分析模型。 4.根据权利要求2所述的大型地震模拟振动台基础参振质量有限元计算方法， 其特征 在于， 步骤三中， 令振动台基础参振质量为刚体部 分质量与弹性体部 分质量之和， 则振动台 基础参振质量由下式求得： m＝m0+ms； 式中， m为振动台基础参振质量； n为弹性单 元体数量； ms为弹性体部分质量。 5.根据权利要求4所述的大型地震模拟振动台基础参振质量有限元计算方法， 其特征 在于， 利用有限元分析软件初步计算的结果为每个弹性单元体对应节点的峰值加速度， 每 个弹性单元体的体积和加速度采用EXCEL中的VLOOKUP函数计算； 设每个弹性单元体为正方 体， 正方体的顶点为有限元分析模型中的节点， 设第i个弹性单元体对应的8个节点坐标依 次为： ximax,yimax,zimax； ximin,yimax,zimax； ximax,yimin,zimax； ximax,yimax,zimin； ximin,yimin,zimax； ximax,yimin,zimin； ximin,yimax,zimin； ximin,yimin,zimin； 则其单元体积由(ximax‑ximin)×(yimax‑ yimin)×(zimax‑zimin)求得， 其单 元加速度由8个节点加速度平均值 求得。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115146510 A 2大型地震模拟振动台基础建模 及参振质量有限元计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及动力机器基础设计与 振动控制技术领域， 特别涉及 一种大型地震模拟 振动台基础建模及参振质量有限元计算方法。 背景技术 [0002]目前我国动力机器基础设计采用 《动力机器基础设计标准》 GB50040提出的质 ‑阻‑ 弹理论体系。 该体系将基础假设为仅有质量的无弹性刚体， 地基假设为无质量的弹簧并起 阻尼器的作用。 然而， 国内外已建或在建大型地震模拟振动台动力机器基础体量较大(如日 本E‑Defense振动台基础和天津大学在建振动台基础)， 构造形式复杂(内部常分为多层且 局部部分挖 空)， 实际振动台运行时， 基础各部分并未完全同步振动， 无法将基础整体视为 简单的刚体忽略基础本身的变形。 若采用质 ‑阻‑弹模型进 行基础设计和计算已知外荷载作 用下的振动响应， 必定会造成较大误差， 将基础考虑为弹性体建模并考虑基础各部分的参 振质量会更为改善基础设计的动力计算精度。 鉴于此问题的复杂性， 至今尚无相关成熟或 得到业内普遍认可的大 型地震模拟振动台基础建模方法及参振质量计算方法。 发明内容 [0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大型地震模拟振动台基础 建模及参振质量有限元计算方法。 [0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是： 一种大型地震模 拟振动台基础建模方法， 在 模型中， 将振动台基础划分为刚体部 分和弹性体部分； 设刚体部 分质量为m0， 加速度为a0； 将弹性体部分划分为n个弹性单元体， 设： 第i个弹性单元体， 其质 量为mi， 其加速度为ai， 其刚度为ki， 其阻尼系数为ci， i＝1,2,3, …n； 设弹性单元体通过阻 尼弹簧依次相连。 [0005]本发明还提供了一种利用上述的大型地震模拟振动台基础建模方法的大型地震 模拟振动台基础参振质量有限元计算方法， 该 方法包括以下步骤： [0006]步骤一， 根据振动台基础设计参数和周围土体参数， 将振动台基础与周围土体划 分为基础刚体区域、 基础弹性体区域和周围土体弹性体区域； 设基础刚体区域为Ω0， 设基 础弹性体区域为 Ω1， 设周围土体弹性体区域为 Ω2； 建立包括 Ω0、 Ω1、 Ω2的有限元分析模 型， 在Ω2外边界施加粘弹性 边界； [0007]步骤二， 利用有限元分析软件对振动台基础进行模态分析， 将振动台基础加载方 向基频作为工作荷载下的加载频率； 根据振动台加载特性在对应加载方向作动器表面施加 等效均布荷载； [0008]步骤三， 由施加荷载得到每个有限单元的加速度值， 进一步计算振动台基础参振 质量。 [0009]进一步地， 步骤一中， 首先根据基础设计方案建立振动台基础模型并确定材料参 数， 根据地勘和室内土工试验结果确定地基土材料参数并简化分层； 然后根据精度要求确说　明　书 1/4 页 3 CN 115146510 A 3