基于workbench的双悬臂平面钢闸门稳定性研究

某水库三孔泄洪洞除险加固施工需临时封堵,拟采用双悬臂平面钢闸门整体封堵方案。利用有限元软件ANSYS workbench进行数值模拟,通过有限元法分析双悬臂平面钢闸门结构变形和应力分布情况。研究结果表明,该双悬臂平面钢闸门最大变形分布在闸门面板两侧边缘处,最大值为7.9 mm;最大等效应力分布在闸门主梁腹板中间段外边缘区,最大值为33.2 MPa,满足变形强度要求;安全系数均大于4.9,满足稳定性要求。数值模拟结果与实际工程相吻合,为该类闸门应用提供了依据。     

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。     

基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水，在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程，首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟，再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析，得到信号的时间—频率—幅值信息，对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘，在闸门底部受脉动压力作用较平缓，测点能量幅值的变化差值最小，水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。     

基于模态分析和遗传神经网络的闸门锈蚀损伤研究

闸门结构破坏的主要形式为钢结构的失稳破坏，而钢材的锈蚀势必会造成钢闸门结构动力性能的不稳定。鉴于水动力作用对闸门的动力性能有重要影响，综合考虑水体流固耦合作用对弧形闸门进行动力分析，选取支臂进行锈蚀损伤模拟。在支臂局部锈蚀即小面积锈蚀情况下，应用应变模态这一局部评价指标可以明确判断出闸门的锈蚀位置，结合遗传神经网络有效预测，可以分析出该锈蚀位置后续损伤引起的应变模态数值变化，确定该位置的锈蚀影响率。当锈蚀影响率超过60%时，会引起闸门斜腹杆沿垂直杆轴方向的振动破坏形式，为弧形闸门损伤的评估判定提供依据。     

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。     

静水条件含腐蚀缺陷钢闸门静力特性分析

针对水利工程的钢闸门长期服役锈蚀破损的问题,研究腐蚀对闸门静力特性的影响规律。以某电站尾水闸门为研究对象,基于ANSYS Workbench平台对静水条件下含腐蚀平面钢闸门进行有限元仿真分析。结果表明：随着腐蚀构件腐蚀程度逐渐增大,闸门面板、边纵梁等构件高应力区域有明显增多,闸门主横梁构件折算应力最大增幅达35.7%;当腐蚀程度达到40%后,闸门主横梁折算应力超过容许范围,对闸门安全运行造成极大的威胁,在实际工程中应特别注意出现在中部主横梁和下部面板的锈蚀情况。     

高水头平面钢闸门启闭力数值模拟研究

针对平面闸门在正常启闭过程中启门力和闭门力计算的复杂性和不确定性,以某水电站主底孔高水头平面钢闸门为例,综合考虑了摩擦力、门顶水压力、底缘顶托力、下吸力对启闭力的影响,闸门与闸墙间的水封接触采用constraint-function算法,利用有限元软件ADINA对不同闸门开度下的启闭门进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果表明,数值计算结果与物理模型试验结果虽存在一定的误差,但最大启闭力结果相近,可为闸门启闭机的选型设计提供参考。     

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。     

基于CEL理论的弧形闸门流固耦合的数值模拟

针对弧形闸门结构受力复杂且受水流脉动压力作用可能发生剧烈振动而发生破坏的问题,以某水电站泄洪冲沙工作闸门为例,采用耦合欧拉-拉格朗日理论（CEL）,利用有限元软件ABAQUS建立水体-闸门流固耦合模型,综合考虑了流激振动对水工金属闸门启闭过程中的闸门变形和动态响应的影响,获得了闸门振动位移、应力和接触力等的变化分布规律。结果表明,该方法可较准确地评价水工金属闸门的安全性和结构设计的合理性,为同类结构的设计评价提供了参考。     

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。     

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。     

三汊河闸立面二维水动力特性及闸门上脉动压力的频谱分析

为分析三汊河闸下游的水动力特性及泄流时脉动压力对闸体振动的影响,采用数值模拟的方法,利用FLUENT流场模拟软件,对河口闸泄流过程进行立面二维模拟计算,分析了闸下游的流场、流态和沿床面的流速分布。并针对泄流时闸门振动问题,对作用在闸门上的压力特性进行脉动压力的频谱分析及脉动强度分析,得出脉动压力的能量分布和脉动强度在闸门上的分布规律。结果表明,下泄水流所产生的强紊动是造成闸门上压力脉动的主要原因,闸门上脉动压力的高能频率段为0~0.05 Hz,2.2 m以下的脉动压力对闸门起主要作用,闸门的自振频率大于0.05 Hz时可有效避免闸门的振动破坏。     

高水头平面钢闸门水封接触性态研究

鉴于高水头闸门水封的接触状态直接影响闸门的正常运行,根据钢闸门水封接触分析理论,建立了某水电站主底孔高水头平面钢闸门、水封和闸墙支承整体三维有限元模型,基于constraint-function接触算法,采用有限元软件ADINA对该闸门关门挡水和启闭过程中水封接触问题进行了有限元计算分析,获得了不同闸门开度下水封的接触应力、接触状态等变化规律及高水头平面钢闸门水封封水性能,为实际工程设计提供了参考依据。     

基于双层隔振的机械自调谐式吸振器效果研究

针对双层隔振在低频区达不到实际应用要求的缺陷,提出了附加机械自调谐式吸振器的方法,并对该方法进行了模型试验,在钢条厚度和质量块重量不同组合下获得主体系统的加速度响应曲线。结果表明,该装置确能有效扩宽吸振器工作频段,提高低频区隔振效果,为实现高精度控制要求的设备提供了一种切实可行的方案。     

地势与档距对输电塔线体系平面外自振频率的影响

针对地势高差与档距对输电塔线体系平面外自振频率的影响,在有地势高差的情况下改变不同档距,利用SAP2000有限元分析软件建模,对塔-线耦合体系平面外自振频率进行分析计算,获得了有地势高差情况下不同档距的塔-线耦合体系平面外自振频率规律,对输电塔抗风、抗震设计具有参考价值。     

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。