水电站拦污栅框架-进水口动力特性研究

基于ABAQUS和ANSYS平台，以某水电站⑤号机进水口坝段为例，建立了拦污栅框架的独立模型和“拦污栅框架-进水口”耦联动力分析模型，对进水口及拦污栅框架的动力特性进行了分析，总结了主振型规律，并与耦联结构的自振频率进行比较，评价了不同力学模型的选取对结果的影响，分析了不同的边界条件对拦污栅框架自振特性的影响，讨论了动水压力附加质量对结构自振特性的影响。研究成果可为工程设计提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

圆筒泵房结构动力分析

通过线弹性动力有限元方法分析了圆筒泵房结构的振型和自振频率，比较了不同水位对泵房结构自振频率的影响，并采用振型叠加时程法计算了泵房结构的动力响应。计算结果分析表明，库水对结构的自振频率影响较大，满库水位时结构第一自振频率降低10％左右。地震荷载作用下，结构最大拉应力增加较大。抗裂安全系数接近临界水平，但不影响整体抗震稳定性。     

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。     

渡槽动力特性的有限元分析

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷、谷口等的架空输水建筑物,在国内外发展历史悠久,是中国南水北调工程中的重要立体交叉工程。渡槽结构的动力特性分析是渡槽结构地震响应分析和抗震设计的基础。文章研究了矩形渡槽在无水情况下的自振频率、振型(干模态);在对干模态分析的基础上,考虑水体与结构的相互作用对渡槽动力特性的影响,采用附加质量原理来处理水体和渡槽槽壁的相互作用,建立水体-槽体的系统有限元模型,得出矩形渡槽在不同水深时的自振频率和主振型。结果表明:水体对渡槽的动力特性影响比较明显,自振频率随着水深的增大而减小,即质量越大,频率越低;水体对渡槽结构的主振型的形态没有影响,干、湿模态的振型相似。     

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。     

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。     

河口村水库2号泄洪洞弧形工作闸门设计研究

河口村水库2号泄洪洞弧形工作闸门孔口尺寸为7.5 ×8.2 m,设计水头75.43 m,为直支臂主纵梁结构,属于国内规模较大的深孔弧形闸门。在设计过程中对闸门进行了进一步的优化,采用了转铰式止水、主纵梁框架结构、门叶左右分节等设计方法,连接部位均采用高强螺栓连接型式,在结构计算时主要采用平面体系假定和容许应力法,对主纵梁框架结构进行了有限元分析计算,并对各处螺栓连接计算做简要的描述,确保闸门整体结构安全、合理、经济,为以后类似大孔口、高水头深孔弧形闸门设计积累了宝贵的经验。     

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。     

水工弧形闸门半主动减振控制

水力学边界条件优化和结构优化是降低水工弧形闸门流激振动的重要措施,但这些措施对流激振动的削弱仍然有限,且不能应用于已建成闸门的减振。采用结构控制的方法是解决流激振动问题的进一步措施,且对已建成闸门的减振有重要意义。针对某大型水利枢纽导流底孔弧形闸门,在闸门上布置若干MR阻尼器,采用半主动控制来减小振动。计算结果表明采用半主动控制能有效地抑制弧形闸门流激振动反应。     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究.以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动...     

支臂纵向连接系形式对弧形闸门的稳定性分析

为了解不同支臂纵向连接系的布置形式对弧形闸门稳定性的影响，以某水库溢洪道露顶式弧形闸门为研究对象，结合6种工程中常见的支臂纵向连接系的布置形式，利用有限元软件ANSYS对闸门模型进行静力分析和动力学计算。结果表明：支臂纵向连接系的布置形式对闸门支臂的影响较大，A字型支臂不适用于大跨度大半径露顶式弧形闸门；支臂纵向连接系的布置形式对闸门的固有频率影响较小；比较闸门各阶振型，支臂处最易发生振动。研究成果对弧形闸门支臂的优化设计具有一定的参考价值。     

弧形闸门支承结构的预应力补强加固技术

介绍了弧形闸门支承结构的预应力补强加固方法。根据弧门推力和结构内力,平行弧门推力方向布置钢绞线,锚固端埋人闸墩上游内部,对支座施加的作用力与弧门推力方向相反,以抵消部分推力。这种方法概念清晰,受力明确,不破坏原结构的整体性,施工快捷简便,应用前景广阔。     

峡江水利枢纽弧形闸门设计及关键技术研究

峡江水利枢纽工程是目前为止江西省最大的水利枢纽工程。工程泄水闸采用弧形工作闸门+液压启闭机的布置方案,孔口尺寸大且泄流工况复杂。论文首先对弧形工作闸门运行过程中可能存在流激振动和侧向失稳等问题进行分析,并从设计角度提出了解决方案。在此基础上建立水力学模型,模拟分析了不同工况下闸门运行情况,为闸门安全运行提供了理论基础。工程自2016年建成至今已运行5年,泄水闸经多次开启泄洪,未出现任何险情。此研究成果可为大型弧形工作闸门的设计提供一定借鉴与参考。     

吊点布置对露顶式弧门支臂应力影响有限元分析

针对吊点布置对露顶式弧门支臂应力场分布及变形特性的影响,以某水电站的露顶式弧门为例,应用有限元分析软件ANSYS建立了仿真模型,计算了不同吊点布置情况下支臂应力场分布及变形特性,分析比较了不同吊点布置下的应力及变形差异。结果表明,对于露顶式弧形闸门,当吊点采用不同布置方式时,支臂的应力及变形存在较为明显的区别。该方法对优化露顶式弧门的吊点布置具有重要的参考价值。     

弧门自重估算公式研究

为研究出能够准确估算弧形闸门重量的估算公式,在使用偏差20%的闸门百分数衡量闸门自重估算公式精度的基础上,同时考虑了估算结果与闸门实际自重相差较大的区域,提出了偏差50%的闸门百分数的评判公式精度的标准。估算弧形闸门重量的公式采用G=α(PB)β,结合三本《水工闸门技术特性手册》中的514扇弧形钢闸门数据进行回归分析,利用所得公式计算闸门的理论自重,并根据数理统计理论将理论自重与其实际自重进行比较,去除设计不合理的闸门数据后再次回归分析,求出了α与β的具体数值。研究得到的弧形闸门自重估算公式具有较高精度,可作为评判弧形闸门设计是否合理的依据。