大型高扬程泵站出水塔结构振动模态分析

针对大型高扬程泵站出水塔结构在运行过程中存在的振动问题,以甘肃省景泰川电力提灌二期总干六泵站出水塔结构为例,构建ANSYS环境下的泵站出水塔三维有限元仿真模型,在正常工作状态下采用子空间迭代法进行基于环境激励的模态参数辨识,并获取其模态振型,分析了泵站出水塔结构的振动特性。结果表明:该出水塔结构在运行期的基频为9.91 Hz,主振方向为垂直压力管道法线方向;结构的模态振型基本按照横向-竖向-扭转的规律进行,且主要发生在结构中部镂空立柱部位。数值分析结果与现场DASP测试结果基本相符,表明有限元子空间迭代法模拟分析结果有效可靠,实现方便。研究成果能为大型高扬程泵站出水塔的更新改造设计提供理论依据,同时能为灌区水工结构的模态参数辨识提供技术参考。     

海上风电结构在环境激励下的试验模态分析

通过对启东海域的海上风电结构现场测试,采集环境激励下结构的响应信号,利用自然激励法和特征系统实现算法,结合奇异熵定阶对海上风电结构进行模态参数识别,建立三维数值模型对结构进行模态分析。结果表明,海上风电结构的有限元分析和试验模态分析结果吻合较好,实现了模态参数的准确识别,为结构的健康监测和损伤诊断提供依据。     

白噪声激励下的低频振荡模态参数辨识方法

提出一种白噪声激励下的低频振荡模态参数辨识方法，该方法可以代替人工短路和投切电网元件等措施的扰动方式，使辨识过程更加安全经济。首先以白噪声为输入信号，根据输出与输入之间的互相关函数估计脉冲响应函数;然后利用估计的脉冲响应函数，并采用特征系统实现算法辨识电力系统的多输入多输出状态空间模型，进而识别出系统特征值和模态振型向量。在模态参数识别时，虚假模式的产生不可避免，通过对观测量的功率谱分析，可以校验哪些是真实模式，哪些是虚假模式。并以一个4机电力系统的实例仿真检验所提出的方法在每一个步骤的有效性。最后，通过模型交叉确认，进一步证明了辨识得到的状态空间模型是精确的。     

基于相关函数的泄洪闸闸墩结构振动响应多测点融合研究

以信州水利枢纽泄洪闸闸墩为工程背景,通过基于泄流激励下闸墩动力特性测试,得到多个测点的振动信号。针对单个测点信号信噪比不高、频率成分不全的缺点,基于相关函数融合算法,将多个测点的振动信号融合为一个能够准确、全面反映结构整体振动特性的振动信号,实现多测点振动信号的数据融合。通过对融合前后信号频率识别结果对比表明基于相关函数的多测点融合算法具有其可行性,能够很好地挖掘出淹没在噪声中的结构有效频率,为识别结构的模态参数提供了重要依据。     

拱坝振动台动力破坏模型试验及其结构动力特性

研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验,试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料,结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能,设计拱坝振动台试验模型,并测试和获取其在不同地震荷载下的动力响应。选择某一工况进行分析,该工况下结构开始出现明显裂缝损伤并逐渐发展。通过分析该工况下结构动应变响应,分析其损伤出现的时间,由此将该工况分为4个时段。通过计算分析不同时段多个加速度响应测点的加速度放大系数,并引入模态参数辨识的数值子空间辨识算法和ARX模型辨识法,计算不同时段+拱坝模型的自振频率和阻尼比,并将其与损伤发展情况相对比,以分析拱坝模型损伤发展情况及其结构动力特性。研究结果可为拱坝振动台试验制作和结果分析提供价值性参考,并可为拱坝结构动力特性参数识别和损伤诊断方法提供验证素材。     

基于环境激励的平原水库动力特性及动弹模反演研究

南水北调东线工程双王城水库为一典型的平原水库,基于环境激励下现场振动测试的实测数据,运用协方差驱动的随机子空间法并结合稳定图研究了双王城水库的动力特性,采用遗传算法进行了水库堤坝动弹性模量的反演分析。模态识别结果表明,双王城水库典型断面处基频范围为1.86~2.98 Hz,阻尼比范围为1.43%~3.67%,频率识别的阶次与环境激励的大小呈正相关趋势。反演结果表明,遗传算法联合ABAQUS软件可以高效地进行结构的参数反演,基于多方向实测频率联合反演的精度要高于单方向。对比依据多方向实测频率反演结果计算得到的频率值与实测值可以发现,各断面第一阶频率的误差均在4%以内,证明了反演分析结果的正确性。因此,模态识别成果和参数反演结果可以为类似平原水库的动力分析提供参考。     

不同固—液耦合形式下水闸结构自振特性分析

结构的动力特性分析是水工结构抗震设计的重要内容,结构的动力响应与其自振特性有着密切的关系,因此有必要对结构体系的自振特性进行研究。为了更好地反映水闸结构工作运行期间的振动特性,该文以洹河景观水闸为研究对象,分别建立了流固耦合(FSI)与附加质量两种不同的固—液耦合形式的模型,提取结构固有模态,并将其分析结果与基于CEEMDAN-SVD的特征信息提取方法模态辨识结果进行对比。对比结果表明,依据FSI理论建立有限元模型,计算精度和模态辨识更好,FSI模型的计算结果更吻合CEEMDAN-SVD的模态辨识结果,最大误差仅为4.12%,同阶次的频率误差均小于附加质量模型,相邻阶次的频率间隔相对稳定。由此可以看出FSI理论系统模型的计算结果能够更准确的反映水闸结构的工作特性,可更好地在水闸结构动力特性分析中应用。     

三峡左导墙泄洪振动原型观测及其动态识别与安全评估

利用汛期三峡枢纽工程泄洪期间泄流荷载对左导墙产生的激励作用,对三峡左导墙结构进行了原型动力响应测试,分析了导墙泄洪振动动位移响应均方根的沿程分布特征;在此基础上,以泄流荷载为激励源,利用动力响应对导墙结构的工作模态参数进行了动态识别;最后,综合导墙结构泄洪振动动位移原型观测、模态参数动态识别结果对三峡左导墙汛期的泄洪振动安全性进行了综合评估.结果表明,三峡左导墙泄洪振动安全,按Meister感觉曲线标准,其泄洪振动响应属于"强烈地感觉到"阶段,但产生低阶共振可能性不大.     

工作应变模态时域识别方法研究

由于应变型指标比位移型指标对结构损伤具有更好的识别能力,在考虑了环境激励的优越性的情况下,借鉴环境激励下位移模态时域识别方法,提出了基于应变模态特征系统实现的时域识别方法.采用随机减量技术对随机应变响应信号进行预处理,得到系统的应变自由衰减曲线,近似获得应变脉冲响应数据.构造Hankel矩阵,通过奇异值分解得到该系统的最小实现,最后对最小实现状态矩阵进行特征值分解,推导得到应变模态参数的时域识别方法.     

渡槽排架结构环境激励模态试验

为获得渡槽排架结构动力特性,开展渡槽排架单向单输入多输出(SIMO)法、双向多输入多输出(MIMO)法环境激励模态试验,选用增强频域分解法识别纵向、横向、双向模态参数。结果表明,SIMO法纵向模态绝大多数谱峰明显、识别效果较好,纵向模态比横向模态丰富;MIMO法纵向或以纵向为主的谱峰大多数明显,横向或以横向为主、双向模态除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他较小,甚至未能识别;排架柱以弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,SIMO法结果更为可靠,尤其是低阶模态。从低阶识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构环境激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

三江平原水资源开发利用程度变化与驱动因素

水资源开发利用程度评估与分析研究对于区域水利规划和水资源管理具有实践指导意义。三江平原作为国家商品粮生产基地,具有保障国家粮食安全的重要作用,同时,水资源开发利用问题与供需矛盾也日益凸显。为了定量研究三江平原水资源开发利用状况与态势,运用基于变异系数和相对熵改进的TOPSIS方法,对研究区水资源开发利用程度进行了综合评价,并对1984-2011年研究区水资源开发利用程度变化特征及驱动因素进行了分析。结果表明:2011年三江平原水资源开发利用程度处于中等水平,东北部地区较高,西南部地区较低;2001年是三江平原水资源开发利用程度变化的时间节点,2001-2011年十年间三江平原一半以上分区的水资源开发利用程度发展至中等水平;地下水资源开发利用和农业灌溉是三江平原及其大部分分区水资源开发利用程度变化的核心驱动因素,鹤岗市、双鸭山市和佳木斯市是推动研究区水资源开发利用程度演变的主要分区;相比2011年,2017年三江平原水资源开发利用程度和关键驱动因素无明显变化。研究结果可为三江平原水资源可持续利用提供参考和借鉴。     

南水北调中线水源区水文特征分析及其 水资源适应性利用的思考

南水北调中线调水工程是为了解决华北地区缺水问题而采取的特大型调水工程,水源区地理特征是调水水量和水质的重要基础。然而,从目前的研究现状看,对水源区边界、面积、河流长度等主要特征参数和水资源特征系统梳理不足,水资源利用仍存在一些问题。基于此,从地理学的角度,借助地理信息技术和统计学方法,结合实地调研,对南水北调中线水源区主要特征参数进行系统梳理;分析和总结水资源特征、水资源开发利用演变过程以及存在的问题;基于水资源适应性利用理论,结合南水北调中线水源区实际,提出其水资源适应性利用的研究思路和战略措施建议。研究成果对保障南水北调中线可持续调水、支撑水源区水资源开发利用和协同管理提供技术支撑。     

平板闸门流激振动效应对启门力的影响

为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理,通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合分析,结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上,利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板上的激振力的计算公式,并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响,总结出流激振动效应下平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现,理论计算的结果与实际工程的实测值吻合良好,可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。     

基于组合权重云模型的调水工程洪水资源利用风险评价

洪水资源利用在产生效益的同时,也会带来风险,有必要加强洪水利用风险评价研究,最大限度降低洪水资源利用的负面影响。对调水工程洪水资源利用风险因素进行识别,构建风险评价指标体系,从蓄水工程、输水工程、提水工程三个方面展开评价。采用层次分析法计算主观权重,熵权法和投影寻踪法计算客观权重,引入云模型计算风险指标的隶属度,最后得到洪水资源利用的风险等级。以南水北调东线工程江苏段为实例,对丰、平、枯三种典型年的洪水资源利用风险进行了评价,验证了评价方法的有效性与适用性。     

长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤防护措施

运用水锤理论和特征线法,结合工程实例,对采用缓闭式蝶阀、空气阀和单向调压塔等防护措施的长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤进行计算和分析,得到了管道沿程的水头包络线以及泵端性能参数相对值的变化曲线。计算结果表明,无防护措施下最小水锤水头较低,泵端性能参数变化较大;泵端蝶阀防护可以有效地控制泵端性能参数流量和转速变化幅度,但水头的变化出现了振荡,最小水锤水头值降低;采用空气阀+泵端蝶阀防护可以有效地增加最小水锤水头值,只在管道局部出现负压,但与泵端蝶阀防护相比性能参数变化有所增大;单向调压塔+泵端蝶阀对停泵水锤防护效果最为明显。为了减小单向调压塔数目,最终选择单向调压塔+空气阀+泵端蝶阀的组合作为最终的防护措施,与无防护措施相比,组合防护下整个管道不出现负压,泵端水头虽出现了振荡,但幅度不大,流量最大变化幅度下降0.15,转速最大变化幅度下降0.7,转矩振荡时间变短。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

长距离高落差重力流供水工程的关阀水锤

对长距离高落差重力流供水工程中阀门动作规律进行了研究,分析了关阀的水锤特性,运用特征线法推导了在已知阀门关闭规律时管道首相水锤压力的解析公式以及在已知管道控制压力时阀门最快直线关闭规律的解析公式,并结合数值计算对公式的正确性进行检验。结果表明:推导出的首相水锤压力解析公式和水锤直线关阀规律解析公式计算均与数值计算结果吻合较好,精度较高,可为高落差重力流供水工程的管道设计及运行调度提供参考。     

考虑水文情势变化的黄柏河流域纳污能力

水体的纳污能力是指在满足水功能区水环境质量达标的基础上,水体最大允许的纳污量,其精确核定对水资源合理开发利用与有效保护具有重要的现实意义。水利工程、人类活动等使河流原有水文情势发生了不同程度的改变,水文情势变化影响下的纳污能力精确核定现已逐渐成为当前亟待研究和解决的问题。以长江流域的黄柏河为例,选取汇入支流、水库和调(引)水工程3个主要影响因素分析了对河道水文情势及其对纳污能力的影响,根据水文情势的差异性变化提出了相应的纳污参数确定方法,并基于一维水质数学模型计算得出黄柏河流域水体的纳污能力,最后以典型区段黄柏河东支保护区为例与传统法的纳污能力结果进行了对比分析。结果表明考虑水文情势变化的纳污能力研究中所提出的纳污参数确定方法在一定程度上有助于水域纳污能力的准确核定。研究结果可以为区域有效保护水资源,防治水污染,改善水环境提供一定的技术参考。     

五元系数法-改进熵权法在水质评价中的应用

为了使水质监测值和水体划类标准值之间关系更紧密,利用五元联系数方法建立了各水质评价指标与评价标准的五元联系数;同时在传统熵权计算的基础上,采用秩比法设定偏好校正系数,得到改进的熵权重;最后将五元联系数ui和改进的熵权重WRi相结合获得五元综合联系度,据此对水质进行评价,这是一种主客观结合的、符合实际情况的水质评价新方法。以贵州贵阳市河流断面监测数据为例,评定样本点所在河段水质等级,分析了该河流水质变化趋势,验证了五元系数法-改进熵权法水质评价方法的实用性。     

双动力源冷却塔设计研究

通过对冷却塔进行循环冷却水节能分析并对进塔水流的富裕能量进行研究,开发了一种低比转速混流式水轮机。考虑到冷却塔循环冷却水水流不稳定而出现水轮机输出动力不足或富裕的问题,选用与该微型水轮机相匹配的电动机作为其备用动力源,并通过自动离合装置与微型水轮机相连接,同时在进水管道上安装了旁通阀。通过智能控制器控制电动机以及旁通阀来调整水轮机与电动机的工作方式以满足冷却塔风机的需求并达到了节能的目的。