大朝山水轮机转轮动应力试验研究

开展真机转轮叶片动应力试验研究是解决大型水轮机转轮开裂的关键。作者对大朝山水电厂6^#机组水轮机转轮动应力进行了全面的试验研究，分别对机组变转速、变电压和变负荷等稳定工况以及开停机、升降负荷、甩负荷、筒闽动水关闭等瞬变工况下转轮叶片静动应力和振动进行了测量，获得了大量第一手宝贵的试验数据，对真机转轮静动应力的变化规律进行了深入分析与探讨。研究成果对进一步揭示大型水轮机转轮的开裂原因和深入开展混流式水轮机的可靠性研究具有重要意义。     

大型竖井贯流泵多工况水力稳定性及其动应力分析

水泵的水力和结构稳定性直接决定着水泵的运行效率和安全性。为此,建立了南水北调二级坝竖井贯流式泵站的全流道三维模型,利用CFD方法模拟了不同工况下水泵内部流动,研究了水泵内部压力脉动特性,并探究了压力脉动和动应力的内在联系。通过在叶轮进出口过流面设置压力监测点,得到了叶轮进出口的压力脉动时频域特性。结果表明:(1)水泵叶轮进出口的压力脉动呈现周期性波动,其主频分别是叶轮叶片通过频率和后导叶通过频率,且出口压力脉动幅值明显大于进口,说明引起压力脉动的原因是叶轮的转动和后导叶与叶轮叶片之间的动静干涉,且动静干涉的影响较大;将叶片上水压力荷载加载到结构中,获得了叶轮的动应力时频特性。(2)对不同工况下的压力脉动与动应力计算结果进行了分析,结果表明应力最大值点位于叶片根部,与静应力计算结果相同,且应力值始终满足结构强度要求,动应力最大值在时域上呈现出周期性,其幅值在静应力附近波动,飞逸工况下的动应力波动较大;动应力频域分析显示,动应力的主次频分别为叶轮叶片通过频率和导叶通过频率,这表明水泵的水力激振力是导致动应力波动的主要原因。     

不同排架模拟方法对水电站厂房振动特性仿真结果的影响

水电站地面厂房发电机层楼板高程以上存在排架结构。为研究厂房上部排架简化模拟方法对厂房振动特性仿真结果的影响,运用ANSYS软件建立了3种有限元模型,分析了厂房的自振特性和机组振动荷载作用下的响应特点。研究表明:在开展水电站地面厂房的自振特性分析时,当主要期望了解楼板、立柱等结构的自振特性时,为简化计算,可以将发电机层楼板高程以上的排架结构采用质量单元来模拟,或者直接省略掉,均不会对结果造成较大影响;在机组振动荷载作用下,排架结构的振幅和动应力并不是厂房结构中最大的部分,除非要了解排架结构的振幅和动应力,否则均可以将排架结构进行简化处理,该简化处理对厂房结构振幅和动应力的影响程度不大。     

小浪底水电厂水轮机转轮裂纹处理的测试方法

小浪底水电厂自首台机组水轮机转轮出现裂纹以来，连续进行了一系列的振动试验。在试验过程中采取的一些测试方法，尤其是叶片和大轴动应力测试技术，较为先进、实用，对其他水电站有参考借鉴作用。     

向家坝工程消力池中导墙荷载特性及体型优化探讨

向家坝工程宣泄洪水时，消力池中的淹没混合流将对导墙产生较强的水流脉动力和激振力作用．通过水力学模型流激振动作用力试验，分析了作用在导墙上的荷载特性，并通过动力有限元计算方法，分析了导墙动应力和振动模态，并依此得到了导墙体型优化结果．     

交通荷载作用下焦作地区饱和粉质黏土变形特性及影响因素分析

为研究焦作地区长期交通荷载作用下典型饱和粉质黏土变形特性,利用动三轴试验方法对原状粉质黏土进行单样逐级和多样恒定幅值动力加载试验,从应变-振动次数变化曲线、动应力-应变滞回曲线2个方面重点分析了动应力、围压、固结方式以及振动频率对土体变形的影响。结果表明:焦作地区典型粉质黏土动应变随振动次数变化模式主要分为稳定型和破坏型,很少出现临界型;单样逐级加载会使土体强度增大,结构产生破坏所需的动应力幅值升高,平行多样恒定幅值加载中试样破坏前后可能存在一个明显的临界动应力值,动应力超过临界值后,试样变形急剧增长,低振动次数内便产生破坏;围压、固结比增大都会使土体强度升高,产生的可恢复弹性变形减小;振动频率对土体变形的影响可能存在一个临界频率值,在这个值前后土体变形都会增大。研究成果对保证研究区交通设施的安全运营具有重要意义。     

带有缺陷的轴流水轮机叶片的动力特性分析

流体交变载荷产生的动应力是水轮机叶片产生裂纹的重要因素,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行.本文通过加载交变动应力的瞬态强度分析,研究了缺陷叶片的动应力幅值及缺陷位置处的应力集中现象,量化出缺陷叶片在缺陷处的应力集中数值.本文在对比正常叶片和缺陷叶片之间存在的固有频率差异前提下,通过CFD数值计算和FEM强度分析,获得了两种叶片出现最大动应力时刻的危险点,并对比了它们动应力幅值差异.     

动荷载作用下饱和粉土动力特性研究

为了分析不同动强度影响因素的动荷载作用下黄河冲洪积粉质土的动应力—动应变发展规律,模拟了一定振动频率的循环荷载的动三轴试验。试验选用郑州市东北部分布广泛的粉土,分析了动应力幅值、循环振动次数、固结围压、固结比等对粉土动力特性的影响,从动应力—动应变关系研究了动荷载作用下粉土的动力特性。试验结果表明:饱和粉土的动应力—动应变的发展与土样的动强度影响因素有关;在循环荷载作用下,因动荷载与围压比值的不同,试样呈现出三种形态;随动荷载作用次数的增加,在同等动应力幅值作用下,试样抵抗外力引起变形的能力越来越差,其弹性模量随振动次数增加而减小、随围压的增加而增大。     

振动作用下地下管道与土动力作用的试验研究

以实验室模型试验为手段,测试了振动条件下输流管道周边测点动应力时程数据,得出了振动条件下输流管道周边动应力分布规律,对比分析了充液管道与空管道、刚性管道与柔性管道对动应力分布影响。测试结果表明,输流管道在下方振动波作用时,管道周边动应力分布差异较大;充液管道产生的动应力大于空管道周边产生的动应力;柔性管道产生的动应力小于刚性管道。     

强夯荷载作用下填土地基的动力特征分析

为了研究强夯作用下填土地基的动力响应特性,采用ABAQUS有限元软件对强夯作用下土体的动应力、位移、振动速度和振动加速度进行模拟分析。结果显示,夯击能沿径向衰减的速率要大于沿深度方向衰减的速度,强夯作用下土体的动应力分布和竖向位移分布呈梨形;土体的振动速度、振动加速度均会随着土体的深度和径向距离的增加而减小,土体的振动特性持续时间要远小于实际工程中的夯击间隔时间,因此不用考虑振动叠加的影响;随着夯击次数的增加,振动速度的峰值先增高,随后会趋于稳定。研究结果对类似工程的设计和施工具有一定的参考作用。     

双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。     

相对密度和固结应力比对饱和含细砾砂土动强度的影响

采用TAJ-20振动三轴仪对饱和含细砾砂土进行了不同相对密度、不同固结应力比下的循坏振动三轴试验,研究这两个因素对饱和含细砾砂土的动强度影响。试验结果表明:相对密度对饱和含细砾砂土的动强度影响较为显著。随着相对密度的增大,饱和含细砾砂土的动强度也在不断增大,但增大的幅度有限。固结应力比对饱和含细砾砂土动强度的影响很显著。随着固结应力比的增大,饱和含细砾砂土的动强度也在不断增大。在相对密度或固结应力比下,动强度和振动周次在半对数坐标上成线性关系。     

桩基施工对边坡黏土强度影响试验研究

桩基施工过程中会产生持续较大的振动,引起土体累计变形和超静孔压增大,造成土体强度降低。以来福士广场西侧边坡为工程背景,研究黏土边坡在施工振动过程中的强度变化规律。使用测振仪和超低频传感器对现场抗滑桩的振动冲击进行测试,根据振动产生的动应力特征进行室内静、动三轴试验,模拟土单元体原位应力状态和应力路径,并提供试验方法,最后分析了土体强度在施工期间动应力作用下的折减。现场振动测试结果表明:地表出现的最大振动速度可达2 cm/s,且在离桩心26 m处仍然有0.16~0.24 cm/s的振动,同时随着桩基施工深度的增加,土体的振动作用增强。固结不排水条件下的静、动三轴试验结果表明:土体的动强度明显低于静强度,通过做不同围压下的总应力强度包线,测得土体的总强度指标C_cu=49.5 kPa,φ_cu=17.0°,不同影响距离下桩基施工对土体强度的影响符合不同的试验规律。试验边坡黏土符合土体折减的经验曲线,考虑到振动力增大边坡下滑力和振动对土体强度的影响,其综合强度折减系数取0.7~0.8。     

基于流固耦合的农用风力机叶片应力及振动仿真研究

以农田水利工程使用的额定功率为1 000 W的小型水平轴风力提水机叶片作为研究对象,对叶片强度进行了单向流固耦合数值模拟,得到了叶片多种工况下的受力变形规律。基于流场计算结果,对叶片进行了预应力模态分析和无预应力模态分析,得到了叶片前6阶振型和不同工况下的固有频率。结果表明:叶根部位存在局部应力集中,风力机叶片静应力随风速增大有不同程度的增大,且最大静应力远小于许用应力,不足以使叶片产生裂纹。预应力作用使叶片固有频率有所增加,随风速增大影响越大,尤其对低阶频率影响更加明显,对叶片进行振动分析应进行考虑。     

三峡工程泄洪坝段弧形工作闸门动力检测

本文系统地介绍了三峡水利枢纽导流底孔、泄洪深孔弧形工作闸门的动力特性检测情况及导流底孔泄流时对闸门产生的流激振动检测成果。检测结果表明,在动水开门和关门全过程中,在底孔闸门小开度时熏闸门底缘的脉动压力幅值较大;闸门门叶和支臂上的静应力在允许值之内,动应力很小;闸门的振动加速度较小,没有发生危害性振动。     

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。     

考虑闸墩弹性效应的弧形闸门流激振动数模-物模联合预测与安全分析

通过试验和数模对闸门流激振动响应仿真模拟是研究闸门振动的一种有效方法。以某水电站泄洪底孔弧形闸门为具体研究对象,根据模型试验要求设计了水力学和水弹性模型,进行了支铰力荷载量测和流激振动响应试验,分析了泄流条件和闸门、闸墩振动的关系,同时将试验所得荷载分别施加于闸门—闸墩耦合数值模型和将闸墩处理成刚性约束的数值模型进行动力响应计算。通过对比分析,认为闸墩振动对闸门动应力和垂向动位移影响较小,但对闸门水平向和侧向动位移影响较大。最后结合数模和物模对闸门振动进行了安全分析。