弧形钢闸门有限元分析及结构优化

利用三维建模软件建立弧形钢闸门主结构三维模型,基于ANSYS Workbench进行弧形钢闸门有限元分析,对弧形钢闸门模型在静态挡水和启门瞬间两种工况下主要构件应力和位移分布特点以及变化原因进行分析,评估弧形钢闸门的安全。分析了弧形钢闸门面板底缘处局部应力集中的原因,采用局部补强方式对面板底缘进行结构优化并再次进行分析,计算结果表明经补强后面板底缘局部应力集中现象完全消除。     

露顶式弧形闸门静动态应力数值分析与试验验证

为了确保某水库溢洪道露顶式弧形闸门在各工况下稳定运行以及实现闸门的结构健康监测,结合相关标准分析弧形闸门的静动态应力及变形情况,对露顶式弧形闸门不同运行工况进行研究。采用有限元仿真的方法,分别运用静力学仿真和流固耦合仿真分析计算0～6.5 m水深及0～6 m开度工况下露顶式弧形闸门的应力变形情况;并在现场进行测量试验,在弧形闸门上布置应力传感器,测量在1.4 m水深下弧形闸门在静止和启闭过程的静动态应力。结果表明：弧形闸门面板等效应力值在闸门6.5 m水深下启门瞬间达到最大值,为148.71 MPa;弧形闸门除面板外其他部位等效应力在闸门开度为6 m时达到最大值,为207.63 MPa;弧形闸门主、次梁的总变形量均在闸门6.5 m水深下启门瞬间达到最大值,分别为8.46、8.65 mm。仿真分析结果和传感器测量结果两者的误差在20%以内。     

马甸桁架弧形闸门有限元分析

研究和建立了能真实反映闸门应力和变形的有限元模型，根据马甸弧形桁架闸门锈蚀后的实测尺寸，进行了三维有限元计算；以《水利水电工程钢闸门设计规范》和《水利水电金属闸门结构报废标准》为标准．对该闸门的应力强度、刚度、稳定进行校核。     

弧形闸门三维有限元抗震分析

运用CATIA软件对弧形闸门在正常挡水和地震效应下进行线弹性三维有限元分析,通过比较两种工况下弧形闸门的应力分布、变形和稳定性,得出了如下结论,与正常挡水工况相比,地震作用效应下弧形闸门的应力稍微增大,并且由下向上转移,而闸门的变形增加明显;在地震作用效应下,弧形闸门的稳定性明显下降,上支臂相对而言为闸门的薄弱环节.     

梁系建模方式对弧形钢闸门运行特性的影响

以某水电站溢洪道弧形钢闸门为例,利用ANSYS软件建立弧形钢闸门的两种不同的有限元模型。以闸门开启瞬间为运行工况进行静力学分析和自振分析,比较两种有限元模型主要构件的最大折算应力值及其分布,以及闸门的自振频率和各阶振型图。结果表明:模型2的复核计算较模型1更为安全,两种方式的自振频率差异很小。因此,在闸门分析中应尽可能采用第二种建模方式。     

乐昌峡溢洪道弧形闸门有限元静动力分析

针对乐昌峡溢洪道弧形闸门,建立了以板壳单元为主的空间三维有限元模型,采用NASTRAN软件计算了最不利工况下闸门的应力、变形和屈曲特性,以及闸门开启状态下的自振特性,并介绍了相应的水力学模型试验成果。计算结果表明:闸门的强度、刚度和稳定性均满足规范要求,同时闸门基频和过闸水流主频差距较大,闸门发生共振的概率很小。     

弧形钢闸门排水孔位置优化

结合某工程三支臂弧形钢闸门,利用ANSYS有限元软件建立了相同孔径不同位置排水孔的闸门有限元模型,计算分析了排水孔位置对弧形钢闸门主梁强度及局部应力的影响,以找到兼顾强度及排水要求的水工弧形钢闸门排水孔最佳位置。结果表明:对于三支臂弧形钢闸门,相同孔径不同位置排水孔不同程度地影响了闸门主横梁的应力分布;考虑到强度及排水要求,对于中、下主横梁,将排水孔设置在主横梁中和轴上;对于上主横梁,将排水孔设置在靠近后翼缘约2倍孔径的位置处为宜。     

基于有限元法的露顶式弧形闸门动力特性研究

利用已有载荷和材料参数在ANSYS中建立了露顶式弧形闸门有限元模型,利用有限元法的模态分析对闸门无水工况下全闭和有水工况下不同开度的动力特性进行了计算和分析。结果表明:角木塘弧形闸门出现共振的可能较小,高变形区和高应力区集中于支臂及斜支杆;角木塘弧形闸门的自振频率范围为4～19 Hz;有水工况下弧形闸门的自振频率相对于无水工况有一定的下降;随着闸门开度的增加,相应的自振频率随开度的增加而有所提高;闸门易振部位为支臂及门叶上下部悬臂端。该结果对露顶式弧形闸门的设计和动力特性的研究具有指导意义。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

主纵梁弧形闸门锈蚀后工作性态研究

某水电站放空洞工作闸门运行20多年来,一直处于挡水状态,未进行过工作闸门的启闭操作。为确保该在役闸门的安全运行,掌握其运行性态,及时发现安全隐患,需要对锈蚀后闸门进行安全评价。针对该主纵梁弧形闸门建立了三维有限元模型并根据检测结果模拟其锈蚀,提出在圆柱坐标系下对其进行有限元后处理分析,以便准确和合理地反映弧形薄壁空间结构的变形特点和应力分布,进而对不同工况下闸门的强度和刚度进行校核。结果表明,运用有限元模拟方法,可以准确和合理地反映弧形薄壁空间结构的变形特点和应力分布。