CN108304653B - 晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估技术 - Google Patents

晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法，包括：步骤(1)，获取晶体培植结构的前3阶振型频率f1、f2、f3；步骤(2)，根据晶体培植结构的工艺设计确定晶体培植结构的振动响应容许目标[R]；步骤(3)，测试环境振动卓越频带中心频率fL；步骤(4)，在前2阶振型质量累加参与系数大于80％的条件下，判断是否满足f3/f1＞10且f3/f2＞10，如满足则进行步骤(5)；步骤(5)，判断是否满足
Figure DDA0001566282820000011
如满足则进行步骤(6)；步骤(6)，计算单自由度单质点动力模型响应RS，双自由度单质点动力模型响应RD，x和RD，y，并判断x、y方向矢量和的最大响应值RD，然后比较RS以及RD以取最大值；步骤(7)，判断RS和RD中最大值是否小于[R]，如小于则判断振动环境对晶体培植设备无影响。

Description

晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估技术
技术领域
本发明涉及振动控制领域，尤其涉及一种晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法。
背景技术
目前，对于细长高柔的晶体培植设备的评估方法，主要依据以往的工程经验或大量计算与模型分析，这两种方法都具有明显的不足之处，工程经验在环境日益复杂的变化下并不能准确反映实际工程情况，而大量计算和模型分析不但耗时较长，且不能做到快速准确的评估环境影响。总结之，传统评估方法具有以下缺陷：
依据工程经验，不能准确反映实际工程。随着城市快速发展，新兴工业民用建筑大量增加，车辆通行数量和频率大幅提高，这些因素使得原有地基土层动力特性发生变化，产生大量的附加振动源。根据以往的工程经验对振动响应做出的评估是不全面的。
根据大量计算分析，耗时较长。传统评估方法需要进行大量的计算分析得出结果。各种振源的振动信息难以准确获取，需求数据量较大，多模态参振计算过程极为复杂，通过该方法获得的结果是不准确的，且耗费时间长。
模型试验效益低下。模型试验，通过足尺模型或缩尺模型进行相应的试验获取相关数据，进行结构的振动评估。模型试验能较准确的反映振动响应，但是模型试验周期长，资金投入较高，效益比极为低下，只适合有特殊要求的工程，适用性、通用性差。
因此，需要新的振动控制技术，用于晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，由此提供一种晶体培植工艺运行时环境振动影响定量快速评估技术。该技术主要针对细长高柔型的晶体培植设备服役过程长期受环境振动影响超标时无法进行实时快速评估，导致晶体培植出现良品率低的难题，提出一种基于该类结构体系动力特性基础上的振动影响快速鉴定评估方法。
该方法主要包括晶体培植结构振动评定适用条件判别、系统等效单自由度体系简化方法和动力参数确定方法。
根据本发明的一方面，提供一种晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法，包括：
步骤(1)，获取晶体培植结构的前3阶振型频率f1、f2、f3；
步骤(2)，根据晶体培植结构的工艺设计确定晶体培植结构的振动响应容许目标[R]；
步骤(3)，测试环境振动卓越频带中心频率fL；
步骤(4)，在前2阶振型质量累加参与系数大于80％的条件下，判断是否满足f3/f1＞10且f3/f2＞10，如果满足则进行步骤(5)；
步骤(5)，判断是否满足
Figure BDA0001566282800000021
如果满足则进行步骤(6)；
步骤(6)，计算单自由度单质点动力模型响应RS，双自由度单质点动力模型响应RD，x和RD，y，并判断x、y方向矢量和的最大响应值RD，然后比较RS和RD以取二者之中的最大值；
步骤(7)，判断RS和RD中的最大值是否小于[R]，如果小于则判断振动环境对晶体培植设备无影响；
其中，
Figure BDA0001566282800000031
Figure BDA0001566282800000032
Figure BDA0001566282800000033
Figure BDA0001566282800000034
Figure BDA0001566282800000035
Figure BDA0001566282800000036
F为载荷，m为质量，Po为力的幅值，ωn为固有振荡频率，ω1为第一方向1的扰动频率、ω2第二方向的扰动频率，δ为虚位移转角、k为刚度、ζ为阻尼比。
根据本发明的一个实施方案，在步骤(4)中，在前3阶振型质量累加参与系数大于85％的条件下，判断是否满足f3/f1＞10且f3/f2＞10。
根据本发明的一个实施方案，其中振动响应是位移、速度或加速度。
本发明获取关键数据简单、便捷。该技术基于简单易得的振动数据进行判别，符合工程实际要求，方法简便可操作性强。
具有简化计算的判别条件。完成定性判别后，只有系统满足简化计算条件，才可实现简化计算并给出定量的判别。简化计算的判别条件是本技术的重要部分，条件制定的准确与否直接关系到最终评估的可靠性和正确性。
高度保真条件下的模型简化计算。晶体培植系统较为复杂，其有限元建模也存在很多问题和困难，为了保证计算结果的可靠性，依据系统特有的振动属性，将系统简化为双自由度的单质点体系。避免了复杂的多模态参振问题，并且大幅度降低了分析工作量，使结果更加精确。
系统性判别和计算流程。本流程可针对工程具体情况，通过简化模型计算快速做出现场评估，具有重要的工程指导意义，逻辑清晰、操作简单、计算便捷实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的技术方案。
图1为根据本发明一个实施方案的晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
图1为根据本发明一个实施方案的晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法流程示意图。
参考图1，首先，进行数据收集与整理。在进行评估工作前，需要确定所需数据，对于无法获取的环境信息，可采用相似环境下的经验数据，将获取后的数据进行整理分类，为之后的计算和评估提供数据支持。例如通过检测等手段获取获取晶体培植结构的前3阶振型频率f1、f2、f3。
进一步，根据晶体培植结构的工艺设计确定晶体培植结构的振动响应容许目标[R]，其中振动响应可以是位移、速度或加速度。可以根据具体的工艺等来适当选择。
测试环境振动卓越频带中心频率fL。晶体培植类细长高柔型精密设备具有特有的动力属性，基本频率在3-6Hz之间。结合获得的环境振动数据，可快速定性判别现存环境振动作用下结构是否会产生共振效应，并作出评价。
在获取环境振动fL，及系统前3阶振型频率f1、f2、f3后，对模型能够简化计算作出判别。在前2阶振型质量累加参与系数大于80％的条件下，若f3/f1＞10且f3/f2＞10时，则认为第一、二阶振型质量累加参与系数较高，可使简化后的模型具有高度保真性。
进一步判断是否满足
Figure BDA0001566282800000061
则认为外界环境振动能有效激起结构的振动。当满足上述两个条件时，简化模型计算出来的结果是有效的、准确的。
当然，也可以在前3阶振型质量累加参与系数大于85％的条件下，进行上述条件的判断，简化计算模型。
常规晶体培植结构特有的动力属性，前两阶振型质量累加参与系数高达80％以上或者在前3阶振型质量累加参与系数大于85％时，系统可在高度保真条件下，简化成单自由度、双自由度单质点等效分析体系。
也即，计算单自由度单质点动力模型响应RS，双自由度单质点动力模型响应RD，x和RD，y，并判断x、y方向矢量和的最大响应值RD，然后比较RS和RD以取二者之中的最大值R。
单自由度时，
Figure BDA0001566282800000062
双自由度时，
Figure BDA0001566282800000071
Figure BDA0001566282800000072
Figure BDA0001566282800000073
Figure BDA0001566282800000074
Figure BDA0001566282800000075
其中，F为载荷，m为质量，Po为力的幅值，ωn为固有振荡频率，ω1为第一方向1的扰动频率、ω2第二方向的扰动频率，δ为虚位移转角、k为刚度、ζ为阻尼比。
结合本发明的教导以及现有技术，上述各方程式为本领域技术人员所理解，并且所各参数可以通过在数据收集与整理步骤中获得。
进一步地判断R与[R]的大小，如果断R小于[R]则判断振动环境对晶体培植设备无影响。若不满足则说明振动超标，需要深入考查并进行系统减隔振设计。
本发明具有如下的优点：
1)判别评估方法简单。环境振动时晶体培植结构影响的定量快速评估技术仅需要了解晶体培植结构的设计基本信息，利用等效判别条件和计算公式，可快速实现现存环境振动作用下晶体培植结构是否会产生共振效应，且共振影响值如何计算获取并进行了评价。
2)评估准确性高。由于常规晶体培植细长、高柔结构特有的动力属性，导致前两阶振型质量累加参与系数高达80％以上，系统可在估算结果高度保真条件下，简化成单质点等效分析体系。
3)可为类似工程建设选址提供依据。环境振动时晶体培植结构影响的定量快速评估技术对于新建工程，可根据工程经验结合实测数据，建立高效快速预测评估机制，为工程建设选址快速提供切合工程实际的依据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个实施方案、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估方法，包括：
步骤(1)，获取晶体培植结构的前3阶振型频率f1、f2、f3；
步骤(2)，根据晶体培植结构的工艺设计确定晶体培植结构的振动响应容许目标[R]；
步骤(3)，测试环境振动卓越频带中心频率fL；
步骤(4)，在前2阶振型质量累加参与系数大于80％的条件下，判断是否满足f3/f1＞10且f3/f2＞10，如果满足则进行步骤(5)；
步骤(5)，判断是否满足
Figure FDA0003018046300000011
如果满足则进行步骤(6)；
步骤(6)，计算单自由度单质点动力模型响应RS，双自由度单质点动力模型响应RD，x和RD，y，并判断x、y方向矢量和的最大响应值RD，然后比较RS以及RD以取最大值；
步骤(7)，判断RS和RD中的最大值是否小于[R]，如果小于则判断振动环境对晶体培植设备无影响；
其中，
Figure FDA0003018046300000012
Figure FDA0003018046300000013
Figure FDA0003018046300000021
Figure FDA0003018046300000022
Figure FDA0003018046300000023
Figure FDA0003018046300000024
F为载荷，m为质量，Po为力的幅值，ωn为固有振荡频率，ω1为第一方向1的扰动频率、ω2第二方向的扰动频率，δ为虚位移转角、k为刚度、ζ为阻尼比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(4)中，在前3阶振型质量累加参与系数大于85％的条件下，判断是否满足f3/f1＞10且f3/f2＞10。
3.根据权利要求1所述的方法，其中振动响应是位移、速度或加速度。
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