电子厂房结构的微振动特性研究

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近几十年来，精密电子制造技术得到了迅猛发展，电子产品对生产环境的要求也越来越高。原有的电子产品生产都是在普通的车间内进行，跟传统的机械制造业差别不大，而精密加工需要洁净的生产环境，对微尘的尺寸和数量有着严格的要求。

为了保证牛产环境满足要求，必须通过净化问来实现，而净化多采用顶部送风、底部回风的方式，所以传统的地面和楼板式的厂房结构已不能满足要求。

为了满足净化设计的要求，必须采用通风的结构来实现，所以电子行业结构设计出现了高架地板结构，该地板架设于钢支架上面，而钢支架安装于地面或者隔构梁上，这样通过带有孔洞的高架地板的通风作用来实现回风。通过高架地板能实现净化的需要，但是高架地板承载力远远不能满足重型产生设备的安装要求，所以必须在设备安装位置制作钢混的设备基台，基台表面与高架地板在-个平面上。为了保证设备的可靠性，基台安装于隔构梁上，这样能保证给予设备最大的支撑力。因为工艺的要求，隔构梁-般距地面4 m以上，隔构梁与地郑佳明 ， ，1 979年 9月牛，硕 ：研究生，工程师100840 北京市万寿 27号1861 17l7285E-mail：zhengJiaming###ceedi.cn收稿日期：201 3-06-14面用柱子连接，柱子上安装各种保障生产的管道输送各种生产原料。

因为精密的生产设备对环境的微振动量值的要求很高，所以，这种体系下的结构设计必须考虑结构既能满足承载力的要求，又要满足微振动环境的要求。在现有的理论体系下，选择可靠的方法来计算校核结构的微振动特性，是电子厂房结构设计 的关键 。

1 动刚度计算结构的微振动特性主要考虑在外部激励作用下，安装设备的位置受激振力影响的程度，即产生多大的振动量。电子厂房的通用微振动标准是GolinGordon的VC振动标准 (如图 1所示)，各个设备制造商也会通过试验来绘制设备的微振动限制标准。

图1 VC振动曲线第3期 电子厂房结构的微振动特性研究 .37所有的振动标准都是关注外部环境下的设备安装位置的微振动量大小，物理量可以为振动位移、振动速度或振动加速度。

为了能够计算校核结构能否满足设备安装的微振动要求，可以采用激振力与相应的物理量之间的传递函数，这样，通过激振力的大邪其频率就能计算未来可能的振动量大校传递函数为动刚度，狭义动刚度特制响应为振动位移，这里可用振动位移、振动速度和振动加速度分别表示结构的动刚度，量纲依次为 m/N、m/(N.s)和m/(N.s2)，动刚度可以由下式表示。

等式中： 为频率.厂激振力的动刚度；R为动力下的响应，下标d，v，口分别表示为位移，速度，加速度：F，为频率为.厂的激振力。

在钢混结构中，由于结构庞大，不可能简化为单 自由度模型，考虑振动的传递特性，即激振点与响应点位置的传递函数，所以必须考虑有限元法对关键点之间的传递关系进行模拟计算，求解结构的动刚度。

有限元法计算动刚度的过程为谐响应分析，通过有限个频率点的计算得到结构在频谱上的动刚度曲线，所以必须考虑敏感频率点的覆盖，如模态频率点。在进行动刚度计算前首先应进行模态计算求解结构的固有频率，并在谐响应计算时能包含这些点。

2 工程算例以某电子厂房结构为例，计算结构上的公用设备管道的激振力引起设备安装位置的振动量，供应商要求振动速度不能>0.2 mm/s。该厂房结构形式为隔构梁结构，隔构梁与地面是5.6 m的结构柱，柱与梁-次浇筑完成，如图2所示。

图2 J房结构平面图根据厂房的结构图建立有限元模型，为了便于计算，只考虑局部范围内的结构状况，如图3所示。该模型模拟顶部隔构梁中心位置的安装设备位置在底部管道的力的作用下的竖直方向的振动速度响 J立。

图3局部结构的有限元模型首先对该模型做模态分析求得该模型固有频率在 37 Hz，经过计算得到管道支架受激振力后项部设备安装位置的动态响应，相除即可得到响应点对激励点的动刚度，如图4所示。

.f(/t)图4动刚度曲线已知该支架上有废水管2根，纯水管 1根，经计算知：正常工作负荷时，各个管道产生的扰动力及频率为3200 N，16 Hz；2100 N，8 Hz；3100N，5.5 Hz。在 3个管道激振力频率上动刚度 分别为 6.39x10～1 m/Ns，5.31X10。tOm/Ns，2.58x10。lOm/Ns，由此求得振动速度响应R，.的最大值：R K16.Fl6iqFs .5F5.5代入求得，尺.3.96x10～m/s，由此得到 3个管道产生的最大激振力对梁的顶部的振动速度的最大贡献值。由于R.≤0.2 mm/s，所以该三个管道作用下环境微振动仍然满足设备安装使用要求。

3 结论通过动刚度将激振力与振动响应连在-起，对于计算校核振动环境较高的电子设备有很重要的意义，这样能够在设计阶段就确定结构的合理性。

该方法除了在设计电子厂房，在其他涉及精密制造的结构设计领域也同样适用。