大型平面钢闸门流激振动模型试验与数值模拟

针对大型平面钢闸门的流激振动问题,制作了大型平面钢闸门的水工模型,通过水力学试验研究了闸门脉动压力特性;并制作弹性相似模型,采用试验模态分析法研究闸门的结构动特性、运用三维有限元数值模拟手段计算闸门的自振特性.对比发现,闸门自振频率的计算值与试验值非常接近,振型完全一致,通过数值计算可考察流固耦合效应对闸门动特性的影响.基于水力学试验采用动力时程方法计算了闸门流激振动响应,评价了闸门的抗振安全,可为闸门结构的优化设计提供依据.     

高水头平面闸门流激振动的数值模拟

针对高水头下平面闸门在启闭过程中受水流脉动压力作用可能引起强烈振动而容易发生破坏的问题,以某水电站导流底孔中工作闸门为例,采用势流体流固耦合理论,利用ADINA有限元软件建立水体—闸门流固耦合模型,通过输入水力学模型试验实测脉动压力时程曲线,计算分析了闸门局部开启时的流激振动特性,获得了闸门振动应力、位移、速度、加速度等分布规律,并根据闸门相关振动控制标准,判断出该闸门结构振动较轻微,满足标准要求。     

水工钢闸门传感器优化布置方法研究

传感器的优化布置作为水工钢闸门结构健康监测的首要环节，对于其监测的准确性与合理性具有重要意义。针对水工钢闸门在结构健康监测中加速度传感器优化布置的问题，以弧形闸门为例，建立流固耦合有限元数值模型，提出了一种结合有效独立法—加权模态置信准则—曲线拟合(EI-WMAC-CF)的传感器优化布置方法，对比分析了弧形闸门干、湿模态下的传感器优化布置方案。结果表明，所提方法能够适用于水工钢闸门结构健康监测中，能较好地解决水工钢闸门传感器优化布置的问题，且考虑闸门流固耦合作用下的钢闸门传感器优化布置方案更具有代表性。     

基于层次分析法和模糊综合评价的水工钢闸门安全评估

鉴于水工钢闸门的安全状态评价需要考虑闸门运行情况、腐蚀情况、强度、刚度、动态性能等多方面的因素,提出了基于层次分析法和模糊综合评价的水工钢闸门安全评估方法。首先构建了水工钢闸门评估体系层次结构,然后根据层次分析法定性和定量确定了各影响因素的权重,最后建立了模糊综合评价模型对某水利工程水工钢闸门的安全状态进行了全面评价,评价结果为二类等级,比较准确地反映了闸门的实际安全状态。     

船舶撞击作用下弧形闸门的动力响应

为得到水工弧形闸门正常运行时在船舶撞击作用下的动力响应,预测了闸门可能出现的破坏模式,评价了闸门结构安全并探寻有效的防护措施,采用非线性有限元数值方法,考虑闸门材料的弹塑性、失效及结构大变形,模拟船舶正面撞击弧形闸门过程,分析了弧形闸门结构瞬态动力响应。计算结果表明,闸门结构安全防护重点区域为垂直隔板、边梁与上主横梁相交的部位,闸门支臂结构的振动明显,其动力稳定性问题需引起重视,并提出加大隔板、边梁的梁高,提高钢材强度,增设加劲板及在闸门上游适当高程设置横跨于闸室的柔性防撞缆索,以吸收撞击船动能,减小撞击荷载等安全防护措施。     

大型水工弧形钢闸门流激振动物理模型—数值模型计算分析

针对大型弧形闸门在局部开启过程中因受水流脉动压力而导致的振动问题,以某水利枢纽弧形工作闸门为例,通过建立闸门有限元模型,计算了在考虑流固耦合影响下闸门的自振特性,并与模型试验测得的脉动压力特性进行对比,发现闸门发生共振的可能性不大。在模型试验测得的水流脉动压力的基础上,利用随机振动方法计算出闸门在典型水位不同开度下流激振动应力响应和位移响应。根据计算分析结果对大型弧形闸门的振动安全进行评价,并对闸门的安全运行调度提供合理的建议。     

基于和谐度方程的水工钢闸门健康评价

为准确评价水工钢闸门的健康状态,根据水工钢闸门实际情况,从安全性、适用性和耐久性多方面建立健康评价指标体系,采用模糊层次分析法(FAHP)对评价指标综合赋权,通过计算评价指标和谐度(HHD),构建基于和谐度方程(HDE)的水工钢闸门健康评价模型,实现水工钢闸门健康状态的单因子评价与综合评价的统一.经实例分析,该模型实现...     

基于排列熵算法的弧形闸门振动状态监测

为避免闸门结构的剧烈振动,保证其稳定运行,提出基于排列熵算法(PE)的水工闸门状态监测。根据水闸模型不同运行工况下流激振动的加速度数据,利用CEEMDAN与SVD联合提取单个测点闸门结构的特征信息,以方差贡献率的方式将多个传感器所测测点的振动数据进行有效融合,得到一组可全面反映系统总体振动特性的融合数据,通过排列熵方法计算融合后数据的子序列熵值,对比不同工况下熵值变化规律,实现结构振动状态的监测。结果表明,排列熵方法能更加全面有效地提取结构的有效信息,且能以相对直观的形式表现结构的运行状态,可避免闸门运行中的不利工况,为结构的安全运行与在线监测提供参考。     

基于理想点法的水工钢闸门安全评价

针对传统钢闸门安全评价方法中出现的指标单一、评价体系不完整等缺陷,利用理想点法构建了水工钢闸门安全评价模型,并以南京市某节制闸为例验证了模型的有效性。该模型考虑对钢闸门安全性态有重要影响的应力、运行振动、启闭力、腐蚀量、闸门焊缝和运行时间等多种因素,通过计算评价指标标准的理想点接近度,建立了钢闸门安全分级标准,最终实现对钢闸门安全性状的准确、定量识别。工程实例结果表明,该安全评价模型可满足工程警讯响应处置等级(I~IV级)的有效识别,保障了在役工程的安全性和可靠性。     

大跨度弧形闸门静动力学数值分析

针对大跨度弧形闸门结构受力复杂且易发生弯曲变形和振动问题,采用有限元软件ANSYS对弧形闸门进行分析计算,对闸门主要部件的应力状态及变形情况进行了校核,分析了闸门自振频率的影响因素,全面评估了闸门的安全性能。并以目前国内跨度最大的某弧形闸门为研究对象,对不同工况下闸门的刚度和强度进行了计算,考虑流体与闸门之间的流固耦合作用,利用附加水体法分析了水体对闸门自振频率的影响,同时还研究了不同开度闸门自振频率变化情况。结果表明,弧形闸门总体强度和刚度满足设计要求,主要部件存在局部应力集中;水体作用使闸门的自振频率有一定程度的减小;随开度的增加,闸门的振动频率有不同程度的增加。     

水工表孔弧门振动仿真研究

我国低水头弧形闸门有多起由于振动而破坏，本文利用某工程一表孔弧门结构参数进行计算机仿真研究，分析结构的固有频率和在不同激振频率性质情况下的动力响应，提出设计中应注意问题。     

缝墩结构中大吨位预应力锚索的设计

以宝珠寺水电站工程泄洪中孔预应力闸墩为研究对象，对弧门支承体结构设计、预应力锚索布置方案及锚固体系的选择优化作一个基本介绍，分析在水利水电工程中对于宽孔口、大吨位弧门推力缝墩结构条件下预应力锚固设计的总体思路。     

有无横向联结系对小湾中孔弧门的影响

对于小湾中孔工作弧门这一高水头的弧形闸门,其主要构件的刚度较大,结构的节点效应和空间效应很强,现行闸门设计规范的平面体系算法过于简单,计算成果的误差较大,已不能满足大型深孔闸门结构计算要求。本文采用三维有限元法对该闸门进行结构分析和应力计算,并在此基础上分析有、无横向联结系对该弧门整体的变形和应力的影响,结果证明该弧门采用无横向连接系的方案更加优越,对闸门设计有较大的参考价值。     

Rudbar水电站深孔平面闸门自振特性研究

为研究水体对闸门自振特性的影响程度,采用ADINA势流体单元模拟水体,建立了闸门-水体的整体耦合分析模型,采用流固耦合法计算闸门自振频率。结果表明,水体对闸门的自振特性影响较大,闸门运行和检修时的自振频率和振型有显著变化;闸门不同开度对闸门自振特性影响相对较小,随着开度的增大,闸门的自振频率逐渐提高。     

某深孔平面钢闸门失事原因分析

针对某水电站深孔平面钢闸门在运行过程中损坏的问题,考虑流固耦合作用,建立闸门与水体三维有限元模型,分析了闸门自振特性及动力响应,探讨了闸门失事原因。结果表明,闸门的一阶频率与水流脉动主频较接近,有发生共振的可能;动水作用下,闸门部分构件出现了较大的位移与应力,超过了规范容许最大值。闸门失事可能由振动破坏、强度破坏等原因导致,研究结果为平面钢闸门的工程设计和应用提供了参考。     

气动盾形闸坝盾板结构受力性能有限元仿真分析

为分析不同设计参数对气动盾形闸坝的影响,以某气动盾形闸坝为例,基于有限元软件ANSYS,研究盾板结构的受力特性。通过单因素敏感性分析方法,分析了盾板结构在不同水位工况、盾板厚度、肋板间距、气囊压力及气囊与盾板的接触范围对盾板结构位移和von-Mises等效应力的敏感性。结果表明,从正常蓄水位至溢流水位过程中,盾板的位移和应力增长速率较快;肋板间距、气囊压力及气囊与盾板的接触范围对盾板的位移和应力影响较大;而盾板的厚度敏感性较小。研究成果可为气动盾形闸坝盾板结构优化设计提供参考。     

弧形钢闸门三维有限元优化分析

为探寻弧形钢闸门在静水压力作用下未开启状态的应力及变形规律,并在此基础上探寻改良优化措施以保障闸门运行安全,通过ABAQUS软件对某水库弧形钢闸门进行三维有限元应力、变形分析,由闸门在静水压力作用下应力及变形分布规律,得出面板及主横梁—支臂接缝处存在较大应力区。为此,从改善截面属性角度出发,针对主横梁—支臂接缝处应力集中现象提出加厚支臂及加角钢两种工程处理方式,发现闸门支臂最大应力区向支座处上移及整体应力减小现象,由此可得两种工程处理方式均能有效改善闸门支臂受力情况并保障工程安全,但从施工操作及改善效果而言,推荐采用加角钢的方式对闸门进行局部处理。     

液压升降坝启升机构的优化与改进

液压升降坝(闸门)在城市河流景观工程中应用广泛,在不同的地质条件、水流流态和运行工况中,逐渐优化改进该新型闸门结构、启升机构,以便更好地运行和检修。基于马勒里举升机构,提出一种六连杆机构作为液压升降坝(闸门)的启升机构,并利用ANSYS软件分析结构的应力、振动及稳定性,为类似工程提供了参考。