水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

惠州抽水蓄能电站工程闸门井结构型式优化研究

从惠州抽水蓄能电站工程闸门井结构实际受力条件出发，对多种断面型式的闸门井结构进行计算和分析。通过计算论证，找到了合理的闸门井结构计算方法和计算模型。计算成果表明，优化后的闸门井结构，既满足工程布置要求，又大大改善了结构受力状态、减小了工程投资。     

涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析

通过三维有限元数值模型进行涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析,研究大型桁架式平面闸门的结构动力特性,得出流固耦合条件下闸门结构的振动频率变化特征。在此基础上,通过涌潮荷载作用模拟对结构的动力响应进行仿真计算,得出闸门动位移和动应力值。采用水弹性振动模型对闸门结构的涌潮动力响应进行试验验证。验证结果表明,仿真计算结果与试验结果基本一致,仿真计算结果合理。最后,针对局部应力集中现象对闸门结构进行修改优化,并提出抗振优化方案。     

应用于河道中的新型钢闸门静力特性有限元分析

钢闸门是一种具有很强的空间效应的结构，应采用空间有限元对其结构的整体工作性能进行计算分析。本文主要用有限元分析软件ANSYS分析的方法，确定闸门的合理布置型式，并按真实的三维情况建立新型钢闸门有限元分析模型，对其各种工况下的闸门应力、位移挠度以及屈曲荷载等静力特性进行计算分析，为完善闸门结构的设计提供了依据，对同类闸门结构的设计计算有参考意义。并且通过闸门在不同倾斜角度和过水条件下工况的对比，得出闸门的运行情况，为此类闸门正常运行提供依据。     

U形闸门结构静、动力特性研究

运用ANSYS软件对U形闸门及其对应的整体闸门结构不同运行工况下的静力特性及自振特性进行了计算分析,比较了2种结构形式的应力、位移及自振特性的差异,为完善U形闸门的设计提供技术依据,其结果可为同类闸门结构的设计计算提供参考。     

平面钢闸门自振特性研究

主要用有限元分析软件ANSYS分析的方法，以获取闸门的自振频率和振型模态特性，通过对平面钢闸门采用规范中的附加质量法（单纯的附加质量法），及考虑流固耦合效应下来进行对闸门自振特性的计算，结果表明：附加质量法只对初始频率和初始振型有效，水体高度对结构自振频率的影响呈非线性变化，随着高度的增加附加质量法和考虑流固耦合计算得到的频率相差加大，水体高度的变化对结构的高阶频率影响较低阶频率要显著。虽附加质量法不如考虑流固耦合的计算精确，水位在闸门高度1／2以下时，附加质量法也可以用来计算闸门的自振特性。     

大型平面有轨对拉式弧形闸门流激振动特性及抗振措施

根据大型平面有轨对拉式弧形闸门的运行特点,测量了闸门结构的水动力作用荷载,分析了结构的动力特性,取得了闸门结构流固耦合状态下的固有频率和振型等模态参数;在此基础上,采用水弹性相似模型,对闸门结构的流激振动特性进行了系统研究,获得了原设计闸门结构平稳运行和出现强烈振动的响应特征.通过分析振源,对闸门结构提出了修改优化措施,并进行了试验验证.结果表明,优化方案能显著降低闸门的振动量,取得理想的优化效果.     

基于SQP优化算法的露顶式弧形闸门主框架优化设计

运用数学中的优化方法，探索将结构优化设计理论应用于弧形闸门主框架结构优化设计，并结合一工程实例来分析弧形闸门主框架的优化设计问题，运用MATLAB语言编制SQP优化程序．由计算结果来看，优化设计可以有效减轻闸门自重，提高工程经济效益。     

南欧江二级水电站泄洪冲沙闸大型平面工作闸门设计研究

针对南欧江二级水电站泄洪冲沙闸工作闸门存在的技术难题,采用三维有限元分析和物理模型试验相结合的方式,分析了大型平面工作闸门的结构受力特性和振动特性。通过在闸门设计方面采取了一系列创新措施,较好地解决了闸门结构优化、抗振、闸门淹没出流等问题。     

三支臂弧形闸门结构自振特性研究

为了掌握某水电站三支臂弧形闸门的自振特性,建立了4种计算模式下的有限元模型,运用ANSYS软件计算了闸门的自振特性并对不同计算模式下的计算结果进行了分析比较,研究结果可为同类闸门结构的设计计算提供参考。     

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的护镜门振动特性分析

护镜门作为大孔口跨度的新式闸门,特殊的力学结构导致其振动特性较为复杂。以南京三汊河双孔护镜门为实例,针对闸门在动水中启闭时,闸门振动频率与闸门开度和振型阶数的关系,基于ANSYS模态分析模块,采用广义Westergaard公式模拟流固耦合中的附加质量,对于护镜门的振动特性进行研究。结果表明:在低阶模态时,考虑附加质量法的流固耦合模型基本符合真实工况;闸门有发生共振和动力失稳的风险,需要优化闸门结构和改进启闭机构。文章可为之后护镜门设计和优化提供参考。     

上翻式拱形闸门的流激振动控制及原型观测验证

通过物理模型和数值模型相结合的方法,系统研究了大跨度上翻式拱形闸门水动力荷载、结构动力特性和流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动强烈共振现象及成因。针对存在的强烈振动的问题,通过减小闸门底缘下游倾斜面水平面投影面积、缩减闸门底部小横梁尺寸等方式来进行结构优化。优化后的工程现场原型观测结果显示,推荐布置方案有效控制了闸门的有害振动,运行平稳,安全可靠,验证了物理模型试验成果的正确性。     

闸阀失效诱发水库输水涵管振动探测与分析

为了对某水库输水涵管振动原因进行分析,首先采用振动监测仪对管道不同位置振动特性进行监测,分析管道不同位置振动变化规律,初步确定了振源位置;其次通过管道机器人对管道内部进行探测,结合已有理论基础初步分析了管道振动的内因;最后通过现场开挖,分析了管道振动的外因。结果表明：闸阀位置处质点振动峰值速度、主频、峰值加速度和峰值位移均明显大于其他测点,闸阀前后振动特性基本对称,推测闸阀为主要的振动源;闸阀处各方向质点振动峰值速度、峰值加速度和峰值位移均为垂向＞切向＞径向,推测闸阀的主要振动方向为垂向;输水涵管闸阀仅能开启至设计最大开度的1/3位置处,当闸阀在此种小开度开启时,产生的垂向流激振动是输水涵管振动的主要原因;闸阀附近土体松散,且未设置镇墩,无法较好地约束输水涵管变形,从而导致振动加剧。     

河湖底轴驱动翻板生态闸门静动力特性分析

底轴驱动翻板闸门作为一种新兴河道景观闸门,由于其良好的生态效益在河道水利工程中有着广泛的应用。但是该类型闸门应用时间较短,其结构设计理论尚未成熟,对相关的有限元计算方法的研究也不足。为此,以底轴驱动翻板闸门为研究对象,总结了该类型闸门数值模拟静、动力特性的分析计算方法。以某工程为例,采用CFD-CSD耦合数值计算方法探究了底轴驱动翻板闸门结构运行时在水压力作用下的静、动力特性。首先对各个开度运行工况下闸门的水压力进行数值模拟计算,进一步采用单向流固耦合方法将计算得到的水荷载施加在闸门结构上,分析得出闸门各构件应力及位移随开度的变化趋势。再对闸门结构的干、湿模态进行分析,研究闸前水体对闸门自振模态与频率的影响。研究结果表明：各构件应力和变形在闸门全关闭工况时达到最大值,闸门整体最大应力值为200.79 MPa、最大位移值为47.703 mm,应力和位移随闸门开度的增大而逐渐减小;闸门的自振特性受闸前水体的影响显著,在研究该闸门动力特性时,需要考虑流固耦合效应。     

平面闸门流固耦合自振特性研究

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段，以保证闸门的安全，在重点考虑流固耦合引起的“附加质量”对闸门自振特性的影响的基础上，采用三维边界元的数值分析方法，获取闸门的自振频率和振型模态特性。对德清大闸定轮平面闸门的数值计算结果表明：水头对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化；闸门局部开启工况第1阶频率较低，振型主要是门叶沿竖直方向的整体振动；低阶振动模态中除门叶竖直方向的整体振动模态外，其余各阶均显示为门叶的弹性变形振动。为提高闸门自振频率，需对其结构进行优化设计。     

基于流固耦合的弧形闸门-闸墩体系的流激振动研究

实际工程中弧形闸门与闸墩联系紧密,在水流脉动压力下二者相互影响,形成一个体系。为了揭示闸门与闸墩的相互影响规律,采取流固耦合理论对弧形闸门-闸墩体系开展流激振动研究。以某水利工程弧形工作闸门为例,针对弧形闸门单体和弧形闸门-闸墩体系分别建立三维有限元模型,计算两种模型的自振频率,基于模态分析的结果对两种模型进行动力响应分析,总结闸门和闸墩在动力特性和流激振动响应方面的相互影响规律。结果表明：闸墩对闸门动力特性及动力响应具有较大影响,考虑闸墩影响时,弧形闸门自振频率下降,其中以支臂振动为主的第4阶自振频率下降幅度最大,为61.45%,面板及支臂顺河向动位移分别减小44.58%及增大37.93%,面板及支臂动应力分别下降41.70%及增加30.71%;闸门流激振动对闸墩应力有显著影响,相较于闸墩按动力系数计算的最大应力增大了4.713 MPa。采用弧形闸门-闸墩体系模型可以更加准确而全面地评估弧形闸门及闸墩在流激振动下的安全特性。     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。     

拱形闸门流激振动特性分析

针对某拱形闸门的流激振动问题,结合水弹模型试验结果,利用ANSYS软件对闸门不同工况下的流激振动特性进行了数值模拟研究,得到了闸门不同工况下应力和位移数据,计算结果同模型试验成果吻合较好。同时,对拱形闸门的安全进行了分析,并提出了相应的建议。