水电站垫层蜗壳外围混凝土结构受力分析

以某工程为例,对垫层蜗壳进行了三维非线性有限元计算,研究了混凝土承载比计算方法,考虑有无伸缩节和止推环的影响,从机墩结构不均匀上抬位移和混凝土承载比两方面,对摩擦系数、垫层刚度系数、垫层平面包角、子午断面包角进行比较和分析。结果表明,除有无伸缩节、止推环因素外,其他参数对机墩不均匀位移和混凝土承载比均有影响,其中垫层刚度系数影响最大,平面包角其次,摩擦系数和子午断面包角仅对混凝土承载比有一定影响。     

垫层对水电站机墩及座环刚度的影响

机墩组合结构和座环结构为水轮发电机组主要的支撑体系,其刚度对机组的稳定性尤为重要。为掌握垫层蜗壳结构中软垫层对机墩及座环刚度的影响,以某巨型水电站工程为例,建立了其地下厂房结构三维有限元模型,分析了不同的垫层模拟方式即单元形式、铺设范围和压缩模量对机墩及座环刚度的影响。计算结果表明,各垫层模拟方式的变化对机墩水平刚度基本无影响;垫层铺设范围的变化对机墩竖向刚度和座环径向刚度基本无影响;垫层压缩模量的变化对机墩竖向刚度和座环径向刚度有一定影响,但影响较小,变幅最大不超过7.5％。     

垫层蜗壳座环水平面不平衡水推力特殊性质

采用ANSYS有限元软件建立不同体型的垫层蜗壳结构,计算对比座环水平面的不平衡水推力受垫层参数的影响特性,分析表明垫层蜗壳座环水平面不平衡水推力存在特殊性质,即在垫层变形模量与垫层厚度比值达到某一数值时,垫层蜗向包角135°～180°时的座环水流向不平衡水推力绝对值不再是最大值,垫层蜗向全包时座环水平不平衡水推合力也不再是最小值,垫层蜗向铺设至270°之后不一定有利于减少座环水平不平衡水推力。垫层铺设至蜗向270°以后是否有利于减少座环水平面不平衡水推力取决于垫层参数对座环水平不平衡水推力的影响力及蜗向270°以后的垫层铺设范围。     

巨型水电站采用垫层蜗壳的分析与探讨

以某巨型水电站的蜗壳组合结构系统(由钢板、座环、固定导叶、垫层及外围混凝土所构成)为研究对象,取蜗壳进口包含一个完整固定导叶在内的扇形区域作为循环结构的基本有限元模型,考虑钢衬和混凝土间的滑动摩擦接触性质,重点从应力和变形特性对垫层蜗壳各典型方案进行了优化分析和探讨。研究表明,对于复杂的蜗壳组合结构有限元分析,从计算代价和计算精度来讲,循环结构模型是全三维模型较为合理的替代;适当选取垫层变形模量、厚度和铺设范围,垫层蜗壳可以应用于巨型实际工程。     

季节水温变化对充水保压蜗壳承载特性的影响

抽水蓄能电站钢蜗壳一般均采用充水保压埋入方式,在正常运行过程中,蜗壳内季节水温变化将影响钢蜗壳—混凝土接触关系,继而影响充水保压蜗壳的承载特性。为此,基于运行期钢蜗壳温度监测结果,研究了运行期钢蜗壳实际温度变化情况,并采用有限元方法研究了运行期钢蜗壳—混凝土接触关系的变化规律、结构承载特性及不平衡水推力分载情况。结果表明,在机组投产后正常运行年内,钢蜗壳内季节水温变化对钢蜗壳—混凝土接触闭合时机及空间分布影响显著;夏季水温升高将导致蜗壳外包混凝土承载比显著升高,应确保混凝土配筋满足强度和正常使用要求;而在冬季水温降低时止推环将起到承担不平衡水推力的主要作用,与此同时,座环也承担了约30%～40%的不平衡水推力,说明充水保压蜗壳设置止推环和加强座环锚固非常必要。     

上下部结构对直埋式蜗壳静力特性的影响

基于ABAQUS有限元分析平台,对三峡电站右岸直埋式蜗壳结构选取不同混凝土范围的三个模型进行三维非线性计算,并对蜗壳结构外围混凝土的损伤指标、损伤分布、钢材最大应力及座环柔度值进行了对比分析.结果表明,考虑厂房上下部结构的模型较不考虑上下部结构模型在混凝土的损伤指标、损伤区域、钢材最大应力和座环柔度值都有明显降低,可对后续直埋式蜗壳结构的设计提供参考.     

垫层对厂房结构动力特性的影响

以某大型水电站工程为例,建立了包括垫层蜗壳在内的厂房整体三维有限元模型,研究了在不同垫层参数下厂房结构的固有振动特性,并采用谐响应分析法计算了结构在水轮机流道中压力脉动作用下的振动反应.结果表明,蜗壳垫层材料的弹性模量增大引起厂房混凝土结构位移增大,垫层下末端铺设范围的增大引起厂房结构位移减小,具有一定的工程应用价值.     

水电站钢蜗壳垫层厚度对应力的影响分析

以阿海水电站为例,采用有限元理论,选取适用于混凝土材料的非线性本构关系,在蜗壳上部有关荷载、结构自重和内水压力联合作用下,计算分析了蜗壳钢衬、不同厚度垫层和外包钢筋混凝土的联合作用结构,给出了蜗壳应力及外围混凝土应力与垫层厚度的关系.     

传力软垫层钢管道空间有限元分析

本文研究了水电站钢蜗壳、钢管等引水钢管道与外围混凝土结构间设置垫层的有关结构计算问题.提出了把垫层模拟为弹簧单元、弹性杆单元、三维块体元的有限元分析摸型及计算模式,建立了各向同性、正交各向异性及考虑摩擦力时的块体元物理矩阵,使采用GTSTRUDL等结构分析软件实现整体空间应力分析成为可能.通过比较计算,分析了垫层材料性质变化时对钢管道环向应力的影响,并定量地给出了其传递内压的条件.     

叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响

为研究叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响,用数值模拟的方法研究了 ZHA235-250-400型双蜗壳离心泵在不同包角下外特性、内流场及蜗壳内压力脉动,然后进行了离心泵水力性能实验.结果表明:随着叶片包角的变化,双蜗壳离心泵内部压力变化较大,当包角为130°时压力分布对称性较好,可有效平衡径向力;包角的增大会减小相对...     

大坝跨心墙运输荷载下心墙安全性能分析

针对目前水利水电工程中跨心墙运输施工问题,采用心墙表面铺设垫层工法,通过三维有限元法进行计算,以半波正弦荷载表示车辆荷载,研究了跨心墙运输过程中心墙的工作性态。结果表明,心墙仅在与反滤料接触的局部区域发生剪切破坏,且破坏深度随垫层厚度的增加按指数关系减小,为实际跨心墙运输施工时选择经济合理的垫层厚度提供了依据。     

紫坪铺水利枢纽垫层管取代伸缩节的地震响应分析

结合紫坪铺水利枢纽工程的实际，采用三维有限元方法对该工程发电引水系统取消伸缩节后的抗震性能进行了研究。计算结果表明，主厂房上游永久分缝处以一段垫层管代替常规伸缩节以后，压力管道在地震荷载和内水压力等荷载组合作用下，结构的动力响应可以满足使用要求。从而达到取消伸缩节、节省工程投资的目的。     

Stress Analysis of a Penny-Shaped Crack in a Magneto-Electro-Thermo-Elastic Layer Under Uniform Heat Flow and Shear Loads

This article analyzes the mechanical behavior induced by a penny-shaped crack in a magneto-electro-thermal-elastic layer that is subjected to a heat flow. The surfaces of the magneto-electro-thermal-elastic layer are subjected to radial shear loads, and the crack is assumed to be thermally insulated. The Hankel transform technique is employed to reduce the problem to a Fredholm integral equation, which is then solved numerically. Shear stress intensity factors (SIFs) are obtained and discussed in detail. Numerical results reveals that in the case of only applied shear loads, the layer height has insignificant effects on the SIF when the ratio of the half-layer height h to crack radius a is larger than 2, and that in the case of only applied heat flow, the layer height also has insignificant effects on the crack extension force when h/a > 8. It is further interesting to note that for the magneto-electro-thermo-elastic layer under only applied heat flow, there exists a critical height as far as the stability of the crack is concerned.     

三分螺旋折流板换热器壳侧二次流的寻踪

对倾斜角20°有34根管子的周向重叠三分螺旋折流板换热器进行了数值模拟研究,通过在三分螺旋折流板换热器壳侧通道内偏心纵向切面和横切面以及六边形纵向切面上速度矢量流场和压力云图的叠加展示,不仅呈现了壳侧总体螺旋速度的周向分量的轨迹,而且从所呈现的轴向和径向速度分量揭示了二次流和相邻折流板V型缺口处逆向泄漏的踪迹.研究结果表明:流体在螺旋通道内在离心力作用下呈现向外扩张的流动趋势,然后在外围高、中心低的压力分布作用下沿着靠近折流板附近的流速较低的区域向心流动返回轴中心,形成单涡型迪恩二次流;二次流增强了流体的掺混,从而有利于强化传热.     

基于ANSYS的U形波纹管热应力分析

本文基于非线性有限元理论,针对波纹管轴向刚度大,径向刚度小,能承受较大的轴向位移和一定的内、外压力的特点,采用ANSYS有限元软件首次对整体波纹管进行热-应力耦合分析,研究波纹管在交变载荷和温度场的作用下刚度与位移、应力应变情况,并预测波纹管的疲劳寿命.     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。