蒙城弧形钢闸门的三维数值分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了蒙城船闸上游弧形钢闸门的三维数值模型,计算分析了船闸在各种工况下的闸门应力、位移挠度等静力特性.并对弧形闸门进行了模态分析,计算了闸门在不同开度下的自振频率.     

在役大型水工弧形闸门结构静强度与模态分析

为保证在役大型弧形闸门安全稳定运行,以葛洲坝工程水工弧形闸门为例,利用有限元分析软件,按设计水头对其进行静力学强度和模态分析,得出闸门最大应力集中点及变形情况,并根据自振频率、振型和最大变形位移判断闸门振动强弱。结果表明,闸门设计总水压力与理论计算偏差为4.7%,在5.0%误差控制范围内,弧形闸门整体最大应力为373.86 MPa、变形为12.938 mm,强度和刚度均能满足现行规范设计要求,面板底部存在局部应力集中,闸门整体振动变形量小于0.508 mm,振动强度不大,只有低阶频率出现在水流脉动压力的高能区,其发生共振的可能性小。     

表孔弧形闸门静力数值模拟

应力监测是闸门实时在线监测系统的重要组成部分,为使应力监测结果更精确,欲借助数值模拟还原清零状态时各个点位的应力值。为验证其可行性,在现场进行空载试验,得到闸门在100、8 000、9 800mm开度时各点位的应力值;再利用有限元软件数值模拟闸门相应状态的静力,并对比数值模拟结果与闸门实时在线监测系统监测的结果。结果表明,数值模拟结果与实际空载试验数据匹配良好,可以使用数值模拟为闸门实时在线监测系统提供清零后的初始应力值。研究成果可为闸门应力实时监测提供参考。     

弧形闸门支臂稳定性的影响因素研究

支臂作为弧形闸门传力的主导构件,其稳定性往往成为控制闸门安全的主要因素之一。在材料线弹性范围内,利用ANSYS软件对弧形闸门的等效空间构架模型进行了基于有限元法的特征值屈曲分析。探讨了影响支臂稳定性的因素,在实际工程中为提高支臂抵抗屈曲的能力避免其失稳具有一定的参考价值。计算结果表明支臂的截面特性、上下主框架载荷分配方式以及支臂的偏斜角度对支臂的屈曲荷载及屈曲模态均有不同程度地影响。     

锈蚀对弧形闸门工作性态的影响分析

利用ANSYS软件建立了某弧形闸门三维有限元模型并模拟其表面锈蚀,通过对比分析闸门表面未设锈坑、设置锈坑两种情况,得出锈蚀对弧形闸门内力分布及静力稳定的影响不可忽视、对现役工作闸门实行定期的检测和维护是必要的.     

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。     

滑坡涌浪作用下弧形闸门动力响应数值分析

库岸滑坡是一种常见的地质灾害,滑坡体入库后诱发的涌浪可能会严重威胁库区内闸门结构稳定性。针对弧形钢闸门在滑坡涌浪作用下的动力响应问题,以某深孔弧形工作闸门为例,通过自编有限元程序模拟滑坡涌浪过程,将计算出的涌浪动水压力转化为闸门的节点荷载,基于动力时程法得到闸门动力响应,并结合闸门静力计算结果进行对比分析。结果表明,在滑坡涌浪作用下,主梁后翼缘和竖梁后翼缘的应力响应最大,闸门各个构件中支臂的位移响应最大;相比于正常蓄水位时的滑坡涌浪,死水位时的滑坡涌浪对闸门结构应力和位移响应的影响更大。     

弧形钢闸门排水孔优化设计及有限元分析

针对弧形钢闸门排水孔优化设计问题,以某水利工程弧形工作闸门为例,基于有限元软件ANSYS平台的APDL参数化设计语言及优化设计,对弧形钢闸门主横梁进行圆形排水孔的优化设计和有限元计算,并观察不同位置孔结构尺寸参数对排水孔周边应力分布的影响。实例计算结果表明,圆形排水孔的设置主要影响主梁腹板孔边的应力分布,最优圆孔高度约为腹板高度的40%;孔半径是影响孔边应力集中系数的主要设计参数,且半径的灵敏度较孔中心位置大。研究成果可为弧形钢闸门排水孔设计及相关平板开孔问题提供参考。     

不同开度时溢流坝弧形闸门水流三维数值模拟

以松江河梯级水电站石龙大坝溢流坝段为例,利用流体力学数值分析软件Fluent,并结合有限体积法、RNG k-ε紊流模型和流体体积分数方法,对三种库水位下不同弧形闸门开度进行了三维数值模拟,获得了各工况的泄流量,通过与理论计算值进行对比,验证了数值模拟方法的可靠性,进而对试验水位下检修闸门断面的速度场及过坝水流的水面形态进行了数值计算,可为现场试验设计提供参考依据。     

基于改进随机子空间法的弧形闸门模态参数辨识

针对弧形闸门模态参数测试过程中存在的计算误差及环境激励干扰导致的虚假模态等问题,提出改进随机子空间法,即在弧形闸门模态参数辨识过程中引进随机子空间法,并利用时频分布——Gabor展开作为数据前处理,采用特征参数随数据量增加而变化的稳定图有效区分了物理模态和虚假特征,剔除虚假模态,辨识弱小特征,提高了辨识精度。以某水电站泄洪表孔弧形闸门为例进行模态参数辨识,并与有限元结果进行比较。结果表明,改进随机子空间法辨识结果与有限元数值分析结果吻合较好,可见所提方法可行、有效。     

大溪水库溢洪闸静动力三维有限元分析

主要介绍了应用大型通用有限元软件对大溪水库溢洪闸进行三维有限元静、动力分析的方法,采用更为合理的接触分析模型模拟侧向土压力作用下闸室底板与基岩的张开效应,研究探讨了闸室结构在各种工况下的变形及应力分布规律,进而了解闸室结构在设计条件下的工作形态,评价结构的安全性能,并根据三维有限元静动力分析成果优化了闸室的结构设计,使结构布置更为合理,在实际工程中取得了良好的效果。     

考虑裂纹缺陷的弧形钢闸门有限元分析

针对裂纹缺陷对弧形钢闸门强度的影响,运用有限元理论和ANSYS子模型技术,建立弧形钢闸门有限元模型,从弧形钢闸门整体模型不同位置取实体子模型,在实体子模型中考虑不同位置、不同长度、不同深度的裂纹缺陷,进行弧形钢闸门有限元计算分析。实例应用结果表明,裂纹缺陷处应力集中系数均随裂纹缺陷尺寸的增加而增大,缺陷处应力集中呈尖端效应,在构件运行时,裂纹区域应力集中会诱发裂纹扩展,减小构件的有效承载面积,降低结构的疲劳强度,在实际工程中应尽量避免裂纹的存在。     

平面弧形双开闸门流量系数影响因素分析

鉴于平面弧形双开闸门为一种具有弧形闸门和横拉门的新型闸门,其流量系数的研究尚处于起步阶段,采用物理模型方法分析了不同试验工况下平面弧形双开闸门流量系数影响因素。结果表明,当闸门开度不同时,相对淹没度与流量系数呈一定的曲线关系,且流量系数随相对淹没度的增加而降低;闸门入口处断面平均弗劳德数与流量系数呈线性关系,且此线性关系与闸门开度无关。     

超大跨径变截面钢筋混凝土拱式渡槽抗震分析

结合跨径200m的超大跨径变截面拱式渡槽的结构设计方案,通过建立有限元模型,对渡槽进行了动力特性和地震响应分析。结果表明,设计方案拱轴系数的取值合理,拱脚偏心弯矩引起的拉应力在允许范围内;变截面的做法增大了拱脚截面刚度,增强了拱圈的稳定性,有效地减小了起控制作用的拱脚处的轴向拉应力,可满足渡槽抗震要求。     

水工弧形钢闸门未焊透缺陷的有限元分析

鉴于水工钢闸门的焊接质量直接关系到闸门运行安全,运用有限元理论和ANSYS子模型技术,建立含未焊透缺陷的弧形钢闸门有限元模型进行模拟分析。结果表明,在模拟尺寸范围内,考虑未焊透缺陷中最不利情况,即整体焊缝未焊透,未焊透缺陷应力集中系数介于2~12之间,且随未焊透深度增加呈增大趋势;其中,角焊缝最大应力集中系数为3.44,对整体结构影响较小,而对接焊缝最大应力集中系数为12.0,严重超出材料的相应容许应力,会引发裂纹,降低结构强度,因而在实际工程中,应尽量避免对接焊缝未焊透现象。     

某坝后式厂房的静动力分析

金沙江某坝后式大型水电站位于地震高烈度区,分析其厂房结构在静、动力作用下的内力分布,对工程设计意义重大。采用大型三维有限元软件ANSYS建立厂房结构模型,并进行三维有限元动静力分析。静力计算中考虑正常蓄水位、校核洪水位、检修三个工况,得到结构应力与位移分布。动力计算采用block lanczos法进行模态分析,得到厂房整体结构的自振特性,提取前10阶振型,并将动力计算结果与静力计算结果进行叠加,分析和评估厂房结构各部位的动静变形和应力。结果表明,厂房结构刚度设计合理,部分区域出现应力集中现象,需提高强度,为类似工程提供了参考。     

基于混沌理论的弧形闸门支臂振动特性

为了研究弧形闸门支臂的振动问题,采用混沌理论对时间序列进行处理,确定延迟时间τ、嵌入维数m进行相空间重构,并计算时间序列的混沌特征值,进而研究弧形闸门在启闭过程中振动的复杂性。以某水电站弧形闸门支臂振动为研究对象,根据支臂振动加速度原型观测资料,分析不同开度的振动情况,发现启门振动的复杂程度高于闭门工况,小开度的振动复杂程度更高,且支臂振动的复杂程度为与面板连接位置最大,与闸墩连接位置最小,中间位置介于前两者之间。为弧形闸门短期振动预测提供了支持。     

超大拱式变截面渡槽收缩徐变影响研究

以跨径200m的超大跨径变截面拱式渡槽的结构设计为例,通过建立有限元模型,对渡槽主拱圈的分段分环施工全过程进行了收缩徐变分析。结果表明,徐变收缩可引起较大的后期变形,对渡槽竖向位移影响显著。建议在超大跨拱式渡槽预拱度设计时,应充分考虑混凝土的收缩徐变对变形的影响,采取分段分环施工并在拱脚处使用微膨胀混凝土以减小收缩徐变的影响,并采取相应措施控制渡槽线形。