平面钢闸门自振特性有限元分析

为了使平面钢闸门的自振频率远离水流的高能脉动主频率段,保证闸门的安全,在重点考虑流固耦合对闸门自振特性影响的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS分析平面钢闸门的自振频率,并结合工程实例,分析了平面钢闸门在无水和有水状态下的振动特性,结果表明,流场对闸门自振特性影响较大,对低阶振动频率的影响尤其显著.     

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。     

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。     

撑卧式平板钢闸门自振特性研究

采用有限元分析软件ANSYS获取闸门的自振频率和振型模态特性,对撑卧式平板钢闸门流固耦合效应下的模态进行了计算,结果表明:流固耦合对闸门振动特性具有很大影响,并且支撑桁架结构尺寸和形式对流固耦合作用明显.     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

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,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体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;闸门的自振频率随着开度非线性变化。     

基于ANSYS的拱形闸门自振特性研究

拱形闸门属轻型壳体结构,在水流作用下易发生共振,甚至引起振动破坏。本文结合某控制闸工程实例,建立了拱形闸门的三维有限元模型,考虑流固耦合引起的附加质量对闸门自振特性的影响,利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,揭示了拱形闸门的自振频率和振型等自振特性。研究结果为最终设计方案的选定提供了理论依据,对同类闸门结构的设计具有参考意义。     

考虑水体—闸门耦合作用的某水闸闸门结构自振特性

以某水闸一闸门为例,基于有限元分析方法,考虑了水体—闸门耦合作用,借助有限元软件以及自编子程序,分别计算并对比分析了4种不同工况下闸门的自振特性。计算结果表明:闸门自振频率较不考虑水体—闸门耦合作用时均有所降低,闸门自振基频受水体—闸门耦合作用的影响较小,对于较高阶闸门自振频率的影响比较明显;考虑水体—闸门耦合作用对闸门结构的振型有一定的影响。     

弧形钢闸门动力特性的影响因素

应用有限元方法和弧门主框架自振频率理论计算方法,考虑“流固耦合”、弧门主横梁与支臂的单位刚度比、主框架材料用量和支臂的截面型式等的影响,对弧形闸门的自振特性进行计算分析,得出“流固耦合”对弧门自振特性的影响不容忽视,随水头的升高,不仅闸门的自振频率降低幅度较大且其相应的振型也发生了显著的变化;采用不同的支臂截面型式和合理地改变支臂截面特性将有效地提高闸门的自振频率等对工程实际有一定参考价值的结论。     

弧形闸门自振特性研究

以密云水库第二溢洪道弧门动力问题为背景，考虑禀不对闸门自振特性的影响，采用MSC公司开发的结构计算软件NASTRAN的流固耦合的附加质量数值模型，对该弧门的自振特性进行了分析。通过将该弧门自振频率的有限元计算结果与原型实测值进行对比，验证了有限元计算模型的正确性。同时，还探讨了流固耦合对换闸门自振特性的影响。结果表明，库水对弧形闸门自振频率和振型有显的影响，在弧形闸门设计中，支臂截面特性的选取对弧门的动力特性影响较大。     

弧形闸门自振特性的影响因素研究

应用有限元及弧门主框架自振频率理论计算方法，考虑流固耦合、弧门主横梁与支臂的单位刚度比、主框架材料用量及支臂的截面形式等因素的影响，对弧形闸门的自振特性进行了计算分析，指出：流固耦合对弧门自振特性的影响不容忽视，随水头的升高，不仅闸门的自振频率降低幅度较大，而且其相应的振型也发生了显著变化；采用不同的支臂截面形式及合理地改变支臂截面特性，可有效地改变闸门的自振频率。     

水工闸门锈蚀后动力性能研究

以钢闸门为研究对象,考虑了流固耦合对锈蚀闸门动力性能的影响。通过有限元分析,选取闸门振型中对结构振动影响较大的低阶频率范围内振动的构件,对其进行不同程度的锈蚀模拟,从而得出闸门锈蚀后动力性能的变化规律并找出影响闸门自振频率变化显著的构件局部位置。通过分析锈蚀闸门构件对结构整体动力性能的影响,得出影响损伤闸门自振频率的因素,具体包括,损伤面的锈蚀程度、锈蚀面积的大小及锈蚀的位置等。为此,在实际检测中应重点对本文得出的影响闸门动力性能的局部构件即易造成闸门损害的部位做出评估判定。     

基于ANSYS的弧形钢闸门自振特性分析

以某工程弧形钢闸门为例,通过ANSYS软件构建弧形钢闸门有限元模型,并进行闸门闭门和刚刚提升两种状态时前10阶的自振特性分析。结果表明：闸门结构各阶振动频率的振型表现有明显不同,闭门状态时闸门结构和水流脉动频率发生共振的可能性较小,刚刚提升状态时发生共振的可能性增大;随着阶数的增加,闸门自振频率也逐渐增大,应采取必要的工程措施,减少闸门结构和水流脉动频率发生共振的可能性。     

考虑流固耦合的箱形倒虹吸动力特性研究

结合南水北调中线工程穿南沙河倒虹吸结构,建立了考虑流固耦合的箱型倒虹吸动力分析有限元模型,基于子空间法,对不同过水工况和地质条件下结构的动力特性进行了分析.结果表明:倒虹吸过水情况和地基土均匀性对结构自振频率和振型有显著影响;结构埋置深度对其自振特性有较为显著的影响,埋深越浅,前阶主频率越大,振型改变越明显;土层分布越均匀,土壤黏聚力越大,结构的自振频率越小,振动形态越稳定;可通过调整管体过水量和换填土层改善结构动力特性.     

底轴驱动翻板闸门动力特性数值分析

以苏州河河口水闸工程底轴驱动翻板闸门为例,基于有限元分析方法和流固耦合理论,采用数值分析的方法,分别计算分析了无水、有水时闸门结构的自振频率和振型,并通过比较揭示了流体对底轴驱动翻板闸门动力特性分析的影响。     

混凝土渡槽结构自振特性数值分析

混凝土渡槽是跨障碍输水工程的重要环节。自振是渡槽运行中不可避免的物理现象,当自振频率、位移、扭矩较大时,可能会影响槽体稳定性。基于Westergaard附加质量模型和Housner有限元流固耦合模型,构建了不同振型阶数下的渡槽结构有限元模型,分析了空槽运行(工况1)、设计水位运行(工况2)工况下的混凝土渡槽结构自振特性。结果表明,振型阶数的增加会导致渡槽自振周期降低、自振频率增加;同一种振型阶数下,工况2的自振周期延长,横向振动特征更显著,表明水体会加剧自振现象。     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

平面钢闸门流固耦合分析与优化设计

针对潜孔平面钢闸门在启闭过程中,受水流脉动压力荷载作用可能引起强烈振动而容易发生 破坏的问题,以某引水工程取水口工作闸门为例,运用有限元软件,采用流固耦合法,对平面钢闸门进行 了流固耦合分析,得到闸门的自振频率;通过对闸门进行水动力学模型试验分析,得到作用在闸门底缘 上的脉动压力能量主要集中在20Ｈｚ以内,并以此预测出闸门有产生共振的风险。为防止闸门在运行中 产生共振,对闸门进行优化设计。结果表明,通过提高闸门的自振频率,使闸门的自振频率远离脉动水 流高能区,能够有效预防闸门产生共振的风险。     

自振式水工闸门整体体系动力特性研究

为更好地分析自振式闸门利用振冲液化减阻的相关机理和技术，开发了一套利用振冲液化开启泥沙淤堵闸门的数值分析方法，并利用开发的方法进行了动力特性和反应分析研究。针对自振式水工闸门结构的特点，引入土料的三维真非线性动力本构模型，并通过比奥固结理论来考虑土体振动过程中孔压的消散和扩散过程，同时采用新开发的三维有厚度薄单元来模拟土与闸门的接触面特性，建立了适用于自振式水工闸门结构体系的三维真非线性有效应力动力反应分析方法，对自振式闸门结构整体体系进行了动力特性分析，给出了振动频率和振型，可作为动力分析的基础。     

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。     

基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究

让闸门自振频率尽可能地远离流域水流的高能脉动主频率段是保证其平稳安全运行的必要条件。通过SolidWorks软件对弧形闸门进行三维建模,考虑流固耦合作用对闸门振动特性的影响,借助ANSYS软件对闸门进行模态分析。对一弧形钢闸门分析的结果表明:水体与闸门的流固耦合作用对闸门的模态频率有显著影响,自振频率随着两者接触面积的增大而降低。因而在分析处于流体中工作的结构振动问题时,为保证结构运行安全,应当考虑流固耦合作用的影响。