应用实验模态分析技术识别弧形闸门的模态参数

弧形闸门是一个复杂的空间结构,目前关于弧形闸门动特性方面的计算结果甚少,本文应用复模态理论识别了模型弧形闸门的三维模态参数。 一、概述 由于弧形闸门具有启闭力小、构造简单、操作方便、无门槽等优点,已成为水利工程广泛采用的门型之一。大部弧门运行良好;但也有不少弧门在运行中发生强烈振动,     

水工弧形闸门试验模态分析

试验模态分析技术在水工结构中的应用，弥补了有限元计算中采用一系列假设和边界条件与实际情况不符的不足，为解决工程问题提供了有力的手段，简述了试验模态分析技术的原理，试验方法，并对一正在运行的闸门进行了模态分析，分析表明，弧形闸门的模态参数不仅受自身材料特性的控制，同时还受到试验工况的影响；当闸门处于不利开度时，会产生中等程度的振动。另外，在振动中还存在着一定程度的复模态因素。     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

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。     

基于模态应变能的水工泄流结构损伤识别研究

逐渐积累的损伤会使水工泄流结构中特定部分的质量或刚度损失而引起结构动力特性发生变化,这都将在模态测量中有所反映,以结构模态参数为基础,准确判断泄流结构所存在的损伤(特别是水下部位),对整个泄水建筑物的安全至关重要。以水工泄流结构中的弧形钢闸门及混凝土导墙结构为例,研究了基于结构模态参数的水工泄流结构损伤识别方法,基于单元模态应变能方法对泄流结构不同位置相同程度的损伤以及不同位置不同程度的损伤进行了识别。结果表明,该方法可以准确识别泄流结构的损伤,对基于振动响应的泄流结构无损动态检测及其水下部位隐患诊断具有一定的应用价值。     

偏心铰弧形闸门的流激振动

结合小浪底工程排沙洞偏心铰工作弧形闸门，在模型中首次模拟偏心铰产生的特殊水动力荷载。通过实验模态分析与数值模拟相结合的综合法研究结构的动特性，建立并完善了数学模型。应用ＣＡＤＡ及有限元动力修改进行了结构动态优化设计。经水弹性相似试验及计算机仿真计算表明，优化设计方案的结构布置合理、抗振性能增强，证实了高水头偏心铰弧形闸门具有局部开启运行的可能性。     

偏心铰弧形闸门的流激振动

结合小浪底工程排沙洞偏心铰工作弧形闸门，在模型中首次模拟偏心铰产生的特殊水动力荷载。通过实验模态分析与数值模拟相结合的综合法研究结构的动特性，建立并完善了数学模型。应用ＣＡＤＡ及有限元动力修改进行了结构动态优化设计。经水弹性相似试验及计算机仿真计算表明，优化设计方案的结构布置合理、抗振性能增强，证实了高水头偏心铰弧形闸门具有局开启运行的可能性。     

基于退火遗传算法的弧形闸门优化系统的开发及应用

阐述了退火遗传算法应用在弧形闸门结构优化的原理和步骤,使用有限元软件ANSYS建立了某水库溢流表孔弧形闸门三维有限元模型,提出使用VB封装ANSYS的方法开发出弧形钢闸门结构优化系统。利用该系统对比了普通遗传算法与退火遗传算法的优化结果,并且研究对几组不同的弧形钢闸门优化参数组合进行结构优化的结果,探讨了不同参数在弧形闸门结构优化中的作用。     

拱坝实验模态分析

应用实验模态分析方法,对双曲拱坝的动力特性进行了试验研究。同时,以有限元法对拱坝的原型、模型进行了计算校核,取得了较为一致的成果。此外,利用模态分析及参数识别的结果,对拱坝与库水的相互作用做了一些探讨。结果表明,实验模态分析对于分析拱坝结构的动力特性具有一定的优越性,且简便易行,重复性强,可靠性高,费用经济。     

高水头弧形闸门的自振特性研究

以某水利枢纽工程高水头弧形闸门为例,应用ANSYS软件对闸门在不同开度情况下干湿模态特征进行了计算分析,为设计方案的提供了依据,同时也对同类闸门的设计提供了参考。     

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。     

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。     

弧形钢筋拉压本构关系的研究

在混凝土的后浇带中设置过缝微弯弧形钢筋可以有效适应混凝土收缩变形,与过缝直钢筋相比可减少收缩应力带来的强度损失,但目前研究和应用很少。弧形钢筋微小变形可以运用结构力学弹性变形理论进行计算,并可以利用MATLAB计算程序,以弧形筋的圆弧半径及对应圆心角为迭代参数进行大变形计算。发现弧形钢筋变形值拉压分段的特性。弧形筋的变形特性受矢跨比、圆弧半径以及钢筋直径影响;围绕各参数对计算数据进行非线性回归分析,给出了弧形筋的应力应变关系方程。对比弧形钢筋拉伸试验表明按弹性理论计算出的结果与试验值较为接近。     

弧形钢闸门主框架的稳定性

根据现行SL74-95<水利水电工程钢闸门设计规范>对弧形钢闸门主框架构造的要求及GB50017-2003<钢结构设计规范>的规定,提出弧形钢闸门主横梁门式框架的屈曲模态为弱支撑框架有限侧移反对称屈曲,通过对主横梁门式框架计算简图的分析,利用转角位移法,提出了弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的精确公式.由于此弧形钢闸门框架柱计算长度系数的精确公式是超越方程,不便于求解,针对此问题,考虑了临界荷栽与支撑刚度的关系,从而又进一步提出了弧形钢闸门框架柱计算长度系数近似计算公式.研究结果表明,推导的计算弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的近似公式计算简捷方便,在一定的侧向支撑刚度范围内精度较高,可供工程实际应用.     

大型结构应变模态分析软件的应用研究

尝试用时域应变模态参数识别法对大型结构系统进行试验研究，研制了大型结构系统应变模态分析软件，利用这一件对港口门座起重机象鼻染结构的模态参数（包括固有频率、模态阻尼比及模态振型）进行了有效的识别，从而探索出一种适用于大型结构系统应变模态参数识别的行之有效的方法。     

FFT 谱连续细化分析在频域模态参数识别中的应用

在频域模态参数识别法中,传递函数的精度对模态参数的识别结果有很大的影响。针对经典传递函数算法中存在高分辨率和平滑性不能同时满足的矛盾,本文提出了一种利用FFT谱连续细化算法对传递函数在峰值处和模态耦合密集处进行加密,进而利用Levy法对加密后的传递函数进行模态参数识别的方法。数值仿真结果表明,由于加密后提高了传递函数的分辨率和精度,应用Levy法在区分密集模态和提高模态参数识别结果、抗噪声方面有较大的改进。在某大型升船机振动台模型试验中,应用本文提出的方法取得了满意的结果。     

基于模态柔度的软基水闸底板脱空范围识别

软土地基上的水闸极易出现地基不均匀沉降、渗透变形等问题,进而诱发水闸底板脱空等灾害,现有的软基水闸底板脱空动力学诊断方法虽能识别脱空范围,但由于采用的基本模态参数（固有频率和测点振型系数）对水闸底板脱空的敏感性还需进一步提高,因此探究不同模态参数及其衍生量对水闸底板脱空的影响规律,确定更为灵敏的水闸底板脱空动力学敏感特征量具有重要意义。以对结构损伤更敏感的模态柔度作为水闸底板脱空动力学敏感特征量,建立了水闸底板脱空描述数学模型,并以各测点前两阶模态柔度变化率,改进了水闸底板脱空控制参数与模态参数（模态柔度）之间的响应面数学代理模型,将水闸有限元模型相应工况下的模态参数（模态柔度）与响应面数学模型计算模态参数（模态柔度）的相对偏差作为目标函数,将水闸底板脱空参数反演转化为目标函数的求解。以3种典型水闸底板脱空工况为例进行了验证,脱空反演结果与实际脱空范围的相对误差显著减小。模型提高了水闸底板脱空反演的精度,为软基水闸底板脱空检测和诊断提供了一种可靠的方法。     

一种拱坝泄流振动响应降噪与特征提取方法

基于高拱坝在泄流激励下的实测振动响应,提出了一种基于经验模态分解和固有模态函数小波降噪的信号处理和模态特征提取方法。首先,利用经验模式分解将含有噪声的高拱坝泄洪振动响应信号分解成一系列的固有模态函数;然后,基于对每个固有模态函数的特性分析选取相应的小波基对固有模态函数进行降噪;最后,利用Hilbert-Huang变换识别降噪后的各阶拱坝模态特征参数。通过拱坝室内模型试验验证了该方法识别模态参数的可靠性,并应用于某原型拱坝的实测振动响应降噪和模态特征提取中。该方法可避免传统原始信号先降噪带来的部分高阶模态信息丢失问题,有效降低了噪声对固有模态函数的影响,提高了高拱坝实时模态参数识别的阶次和精度。     

水工泄水结构动态优化方法及其在弧形闸门中的应用

在回顾模态参数识别和动特性灵敏度分析基础上,给出了结构动态修改的模态分析、有限元综合法,探讨了受迫振动的计算机仿真计算方法。通过工程实例,分析了结构的物理参数对模态频率、振动位移的灵敏度,取得了动态薄弱环节及优化方向。通过系列动态修改及响应仿真分析,获得了共振频率及振动响应随闸门物理参数的变化关系。     

环境激励下泵站出水塔结构模态参数辨识研究

高扬程提水泵站的出水塔结构在水流的激励作用下易出现剧烈振动甚至由此造成破坏,为研究其振动特性需对其结构模态参数进行准确辨识。以甘肃景电二期工程总干六泵站的出水塔为例,在工作荷载激励下对其振动信号进行现场采集,根据实测的结构振动时程,利用随机子空间法和特征系统实现算法分别对出水塔结构的模态参数进行时域辨识,并将其辨识结果与ANSYS三维有限元模拟结果进行对比验证。结果表明:随机子空间法和特征系统实现算法均能准确辨识出水塔结构模态参数,其模拟结果与实验结果吻合较好。研究成果可为泵站出水塔结构的更新改造设计和安全运行监测提供理论依据,同时能够为灌区水工结构的模态参数辨识提供技术参考。