马甸桁架弧形闸门有限元分析

研究和建立了能真实反映闸门应力和变形的有限元模型，根据马甸弧形桁架闸门锈蚀后的实测尺寸，进行了三维有限元计算；以《水利水电工程钢闸门设计规范》和《水利水电金属闸门结构报废标准》为标准．对该闸门的应力强度、刚度、稳定进行校核。     

锈蚀后深孔弧形钢闸门安全评估及寿命预测

深孔弧形钢闸门长期运行后面板将会发生严重的锈蚀现象,对其安全运行造成了重大隐患。以运行20年的三峡大坝某深孔弧形钢闸门为例,对其面板锈蚀区域及厚度进行了现场检测,根据检测数据建立了锈蚀后深孔弧形钢闸门数值模型,对锈蚀前后深孔弧形钢闸门安全性能进行了对比分析,基于现场检测数据预测了深孔弧形钢闸门不同运行年限时的面板锈蚀区域及厚度,通过数值仿真预测了深孔弧形钢闸门安全使用寿命。研究结果表明,运行20年后的弧形钢闸门强度及刚度均满足设计规范要求,整体应力和变形幅值基本保持不变,但面板处应力幅值增加了13.77%;该深孔弧形钢闸门预测安全使用寿命为56年,超过预测寿命后,面板锈蚀最严重处应力幅值达到了374.59MPa,超过了深孔弧形钢闸门材料容许局部承压应力值。     

弧形钢闸门有限元分析及结构优化

利用三维建模软件建立弧形钢闸门主结构三维模型,基于ANSYS Workbench进行弧形钢闸门有限元分析,对弧形钢闸门模型在静态挡水和启门瞬间两种工况下主要构件应力和位移分布特点以及变化原因进行分析,评估弧形钢闸门的安全。分析了弧形钢闸门面板底缘处局部应力集中的原因,采用局部补强方式对面板底缘进行结构优化并再次进行分析,计算结果表明经补强后面板底缘局部应力集中现象完全消除。     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

基于ANSYS的三支臂弧形钢闸门拓扑优化布置

基于拓扑优化理论,以结构最大刚度为目标函数,采用ANSYS拓扑优化功能对三支臂弧形钢闸门进行了布置优化,得出了三支臂弧形钢闸门的合理结构布置形式.并结合实例对优化成果进行了静动力分析比较.结果显示,拓扑优化后的闸门结构,其强度、刚度及稳定性都有一定的提高,优于原始布置结构.此方法可以为水工钢闸门结构布置创新提供一定的参考.     

失效树模型在弧形钢闸门可靠性评估中的应用

针对影响弧形钢闸门可靠性的因素存在较大不确定性,本文引入失效树分析方法,建立了弧形钢闸门结构体系可靠性评估模型。该模型根据弧形钢闸门自身结构原因及运行条件,确定了影响弧形钢闸门可靠性的最小割集。通过对最小割集事件概率计算,得到弧形钢闸门可靠运行的概率,在理想条件下换算得到弧形钢闸门的可靠度指标,从而实现对弧形钢闸门可靠性评估。实例计算结果表明:某二级水电站弧形钢闸门可靠度指标为3.09,与极限状态值相比,认为是较为安全的;该计算结果得出的结论与该弧形闸门安全检测结论较为吻合,一定程度上验证了评估方法的正确性和实用性。     

主纵梁弧形闸门锈蚀后工作性态研究

某水电站放空洞工作闸门运行20多年来,一直处于挡水状态,未进行过工作闸门的启闭操作。为确保该在役闸门的安全运行,掌握其运行性态,及时发现安全隐患,需要对锈蚀后闸门进行安全评价。针对该主纵梁弧形闸门建立了三维有限元模型并根据检测结果模拟其锈蚀,提出在圆柱坐标系下对其进行有限元后处理分析,以便准确和合理地反映弧形薄壁空间结构的变形特点和应力分布,进而对不同工况下闸门的强度和刚度进行校核。结果表明,运用有限元模拟方法,可以准确和合理地反映弧形薄壁空间结构的变形特点和应力分布。     

考虑锈蚀形态的弧形闸门有限元分析

利用ANSYS软件建立某水库溢流表孔弧形闸门三维有限元模型,结合弧形闸门锈蚀检测数据建立弧形闸门锈蚀有限元模型,模拟其全面锈蚀与局部锈蚀进行计算,计算结果表明弧形闸门锈蚀后,锈蚀部位应力分布变化明显,闸门强度和刚度有不同程度的降低。还发现当锈蚀坑位于面板锈蚀敏感部位时,对面板应力的影响较大。研究结果可用于分析在役弧形闸门的强度和刚度,为弧形闸门的日常管理和锈蚀模拟计算提供参考。     

潜孔弧形闸门静力有限元分析结果对平面体系计算结果的验证

目前,对于弧形钢闸门刚度、强度校核基本上是按照常规的平面体系进行结构计算,其计算结果不能有效反映闸门的空间效应。对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门,宜用空间有限元复核计算结构。介绍了利用ANSYSY软件对某电站泄洪闸弧形闸门进行的三维有限元分析。从结构刚度和强度两个方面,对在最大水压力作用下闸门的安全性进行了分析,得出了一些有益结论并用于指导某电站的闸门设计。对初学三维设计者具有一定的参考意义。     

恒仁高孔平面定轮闸门三维有限元分析

分析了恒仁高孔平面定轮闸门的工作特点，根据钢闸门设计规范和水工金属结构报废标准，讨论了在役闸门的强度评判标准，研究和建立了平面闸门的精细组合有限元模型并作了计算，据此对闸门的强度和刚度进行校核，对闸门安全性进行了评价。     

基于三维有限元的弧形闸门安全稳定性分析

弧形闸门具有启闭力小、过流流态好等优点,但在高淹没度条件下启闭时,水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。结合某水利枢纽工程实例,利用有限元软件对闸门结构静动力、自振特性、脉动压力频谱等进行了分析。结果显示,各工况条件下的闸门应力均在材料强度的允许范围内,且闸门各方向的位移均较小,表明闸门结构的强度和刚度均可满足设计要求。     

弧形钢闸门主框架的稳定性

根据现行SL74-95<水利水电工程钢闸门设计规范>对弧形钢闸门主框架构造的要求及GB50017-2003<钢结构设计规范>的规定,提出弧形钢闸门主横梁门式框架的屈曲模态为弱支撑框架有限侧移反对称屈曲,通过对主横梁门式框架计算简图的分析,利用转角位移法,提出了弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的精确公式.由于此弧形钢闸门框架柱计算长度系数的精确公式是超越方程,不便于求解,针对此问题,考虑了临界荷栽与支撑刚度的关系,从而又进一步提出了弧形钢闸门框架柱计算长度系数近似计算公式.研究结果表明,推导的计算弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的近似公式计算简捷方便,在一定的侧向支撑刚度范围内精度较高,可供工程实际应用.     

弧面三角闸门的静力数值分析

基于大型有限元分析软件ANSYS,以夏仕港船闸弧面三角闸门的静力学分析为背景,建立起闸门的有限元模型。综合考虑重力、风载荷、水压力等主要载荷影响,对闸门在蓄水与通航条件下进行静力分析,得出不同工况下闸门的应力及变形分布情况,并对闸门强度、刚度和稳定性进行校核,评估出闸门的安全性。结果表明:船闸弧面三角闸门的整体以及各构件满足强度、刚度、稳定性要求,该研究为同类型水工钢闸门的设计与校核提供理论参考。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

基于ANSYS的浑河闸钢闸门结构应力有限元分析

水工钢闸门等金属结构的安全评价和复核计算应定期进行,有限元方法相比传统的电测方法在工况模拟、可操作性和经济性等方面有着诸多优势。文中基于ANSYS软件对浑河闸枢纽工程的钢闸门进行有限元数值模拟,对闸门主要构件包括面板和梁系结构进行分析校核。从数值模拟结果可知,闸门主要构件的强度、刚度计算结果均不大于所用材料的容许应力和挠度值,满足规范和工程运行要求。有限元方法的引入可以为电测方法测点的布置和量测提供基础数据,为钢闸门的设计、安全评价和复核计算提供参考依据。     

划子口河闸弧形钢闸门三维有限元分析与安全评估

划子口河闸拆建工程闸门为"Π"型弧形钢闸门,为掌握不同工况下的结构变形和应力分布,需要建立三维有限元整体模型进行分析.采用ANSYS有限元计算软件建立模型,按不同工况分别施加荷载.计算结果表明,5种工况下弧形钢闸门的结构变形都在允许范围内,应力值都在钢材的屈服应力以下.采用结构线性屈曲分析闸门结构稳定性,用有限元法求出结构的稳定安全系数,结果表明大部分工况下的稳定安全系数大于4,最先失稳的部位在跨中水平次梁处,建议适当加密跨中纵梁,以减小水平次梁计算长度,提高稳定性.     

划子口大跨度弧形钢闸门原型振动观测初探

根据划子口钢闸门原型振动观测成果，从闸门结构的振动加速度、振动位移、振动应力、动水压力及启闭力观测等方面进行原型测量，评价弧形闸门在不同工况下闸门运行的安全性。提出大跨度弧形闸门运行中需要注意的事项，确保闸门安全运行，对其他类似弧形闸门的运行操作具有一定的参考意义。     

弧形钢闸门排水孔位置优化

结合某工程三支臂弧形钢闸门,利用ANSYS有限元软件建立了相同孔径不同位置排水孔的闸门有限元模型,计算分析了排水孔位置对弧形钢闸门主梁强度及局部应力的影响,以找到兼顾强度及排水要求的水工弧形钢闸门排水孔最佳位置。结果表明:对于三支臂弧形钢闸门,相同孔径不同位置排水孔不同程度地影响了闸门主横梁的应力分布;考虑到强度及排水要求,对于中、下主横梁,将排水孔设置在主横梁中和轴上;对于上主横梁,将排水孔设置在靠近后翼缘约2倍孔径的位置处为宜。     

水工钢闸门结构可靠度校准分析

采用一次二阶矩的近似概率法．利用统计分析所得的数据,对现行《水利水电工程钢闸门设计规范》中的构件强度可靠指标进行了校准计算和分析。计算结果表明．闸门构件强度可靠指标基本满足一级建筑物安全水准。提出了水工钢闸门结构设计目标可靠指标的取值建议．可供《水利水电工程钢闸门设计规范》修订时参考。     

某在役弧形闸门不平衡启门力数值分析研究

针对不平衡启门力对弧形闸门安全启闭的影响,基于某实际工程,建立弧形闸门-启门力-水封整体三维有限元接触模型,引入ADINA接触模型和重启动的方法模拟闸门开度为0时的启门工况,计算出该弧形闸门的最大启门力,并与工程实际检测数据进行比较。同时,在此模型上对不平衡启门力作用下闸门的瞬态动力响应进行计算,分析闸门在不同开度下受不平衡启门力作用而产生的应力和变形。可为弧形闸门的安全启闭和设计提供有益参考。