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。     

基于ANSYS的拱形闸门自振特性研究

拱形闸门属轻型壳体结构,在水流作用下易发生共振,甚至引起振动破坏。本文结合某控制闸工程实例,建立了拱形闸门的三维有限元模型,考虑流固耦合引起的附加质量对闸门自振特性的影响,利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,揭示了拱形闸门的自振频率和振型等自振特性。研究结果为最终设计方案的选定提供了理论依据,对同类闸门结构的设计具有参考意义。     

基于ANSYS的平面闸门自振特性研究

以某水利工程平面闸门的动力学问题为背景,考虑流-固耦合对闸门结构自振特性的影响,应用大型有限元分析软件ANSYS对平面闸门的自振特性进行分析研究.建立了该平面闸门的实体模型和有限元模型,分析了平面闸门在无水和有水状态下不同闸门开度的振动特性,并计算出了闸门的自振频率和振型.结果表明,水体高度对平面闸门自振频率和振型有着显著影响,尤其是对低阶的振动频率影响更为显著.     

撑卧式平板钢闸门自振特性研究

采用有限元分析软件ANSYS获取闸门的自振频率和振型模态特性,对撑卧式平板钢闸门流固耦合效应下的模态进行了计算,结果表明:流固耦合对闸门振动特性具有很大影响,并且支撑桁架结构尺寸和形式对流固耦合作用明显.     

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。     

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。     

三峡水利枢纽导流底孔闸门泄流振动监测与分析

对三峡水利枢纽工程导流底孔闸门动力安全监测资料作了介绍与分析,其中包括闸门的动力特性和在设计水位条件下闸门在动水启闭过程中的振动加速度、振动位移、动静应力、脉动压力和启闭力的监测成果。监测成果表明闸门的自振频率监测成果与闸门水弹性模型试验成果很接近,振型相同;在动水开门和关门过程中,闸门在小开度时,下游面底缘的脉动压力较大;闸门门叶和支臂的振动小开度比大开度的大,未出现危害性振动,各测点的振动位移和振动应力都比较小,闸门振动是安全的。     

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。     

自振式水工闸门整体体系动力特性研究

为更好地分析自振式闸门利用振冲液化减阻的相关机理和技术，开发了一套利用振冲液化开启泥沙淤堵闸门的数值分析方法，并利用开发的方法进行了动力特性和反应分析研究。针对自振式水工闸门结构的特点，引入土料的三维真非线性动力本构模型，并通过比奥固结理论来考虑土体振动过程中孔压的消散和扩散过程，同时采用新开发的三维有厚度薄单元来模拟土与闸门的接触面特性，建立了适用于自振式水工闸门结构体系的三维真非线性有效应力动力反应分析方法，对自振式闸门结构整体体系进行了动力特性分析，给出了振动频率和振型，可作为动力分析的基础。     

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。     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

基于ANSYS的护镜门振动特性分析

护镜门作为大孔口跨度的新式闸门,特殊的力学结构导致其振动特性较为复杂。以南京三汊河双孔护镜门为实例,针对闸门在动水中启闭时,闸门振动频率与闸门开度和振型阶数的关系,基于ANSYS模态分析模块,采用广义Westergaard公式模拟流固耦合中的附加质量,对于护镜门的振动特性进行研究。结果表明:在低阶模态时,考虑附加质量法的流固耦合模型基本符合真实工况;闸门有发生共振和动力失稳的风险,需要优化闸门结构和改进启闭机构。文章可为之后护镜门设计和优化提供参考。     

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。     

基于流固耦合的弧形闸门-闸墩体系的流激振动研究

实际工程中弧形闸门与闸墩联系紧密,在水流脉动压力下二者相互影响,形成一个体系。为了揭示闸门与闸墩的相互影响规律,采取流固耦合理论对弧形闸门-闸墩体系开展流激振动研究。以某水利工程弧形工作闸门为例,针对弧形闸门单体和弧形闸门-闸墩体系分别建立三维有限元模型,计算两种模型的自振频率,基于模态分析的结果对两种模型进行动力响应分析,总结闸门和闸墩在动力特性和流激振动响应方面的相互影响规律。结果表明：闸墩对闸门动力特性及动力响应具有较大影响,考虑闸墩影响时,弧形闸门自振频率下降,其中以支臂振动为主的第4阶自振频率下降幅度最大,为61.45%,面板及支臂顺河向动位移分别减小44.58%及增大37.93%,面板及支臂动应力分别下降41.70%及增加30.71%;闸门流激振动对闸墩应力有显著影响,相较于闸墩按动力系数计算的最大应力增大了4.713 MPa。采用弧形闸门-闸墩体系模型可以更加准确而全面地评估弧形闸门及闸墩在流激振动下的安全特性。     

巴塘水电站导流洞平面闸门流激振动试验研究

针对巴塘水电站导流洞动水闭门过程中门体出现振动的问题,根据水弹性和重力相似准则建立比尺为1:25的物理模型.通过模型试验,对平面闸门在闭门阶段的振动加速度、持住力以及门体应变等参量进行试验测定.试验结果表明:闸门在局开挡水时,水平向最大单倍位移幅值为91.974μm,振动危害较小;结构最大Mises应力值为11.32 ...     

水工闸门振动研究现状及发展趋势

随着我国高坝大库的建设,闸门结构的设计安装要求不断提高。闸门振动往往会影响大坝的正常运行,而闸门振动是一个复杂的结构性问题,研究难度较大。为解决振动问题,需清楚闸门振动的诱因并采取相应措施。基于现有的理论方法和成果,从振动现象、闸门振动等级标准、研究方法、闸门振动诱因分析及结构优化措施、弧形闸门动力稳定研究、振动的主动控制方法等多方面出发,详细介绍了闸门振动问题的研究进展,并提出了闸门振动急需解决的问题和未来6个研究方向,为闸门振动问题的研究提供一定参考。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

河湖底轴驱动翻板生态闸门静动力特性分析

底轴驱动翻板闸门作为一种新兴河道景观闸门,由于其良好的生态效益在河道水利工程中有着广泛的应用。但是该类型闸门应用时间较短,其结构设计理论尚未成熟,对相关的有限元计算方法的研究也不足。为此,以底轴驱动翻板闸门为研究对象,总结了该类型闸门数值模拟静、动力特性的分析计算方法。以某工程为例,采用CFD-CSD耦合数值计算方法探究了底轴驱动翻板闸门结构运行时在水压力作用下的静、动力特性。首先对各个开度运行工况下闸门的水压力进行数值模拟计算,进一步采用单向流固耦合方法将计算得到的水荷载施加在闸门结构上,分析得出闸门各构件应力及位移随开度的变化趋势。再对闸门结构的干、湿模态进行分析,研究闸前水体对闸门自振模态与频率的影响。研究结果表明：各构件应力和变形在闸门全关闭工况时达到最大值,闸门整体最大应力值为200.79 MPa、最大位移值为47.703 mm,应力和位移随闸门开度的增大而逐渐减小;闸门的自振特性受闸前水体的影响显著,在研究该闸门动力特性时,需要考虑流固耦合效应。     

充压伸缩式水封破坏机理及处理措施

充压伸缩式水封在水利枢纽工程高水头泄水孔中应用日益广泛,但由于多种原因,弧形闸门可能会出现漏水,甚至出现水封及连接件破坏现象。某实际工程在第一汛期底水封压板上的M20不锈钢螺栓大部分旋出冲走;增大压板螺栓直径(由M20改为M27)、提高螺栓等级(由A2-70改为10.9级)后,第二汛期螺栓又出现断裂。以该工程为例,采用物理模型试验方法,并结合相关计算,研究了弧形工作闸门底水封附近的水力特性。分析结果表明水封系统破坏机理的主要原因是高速水流引起的负压、空蚀及流激振动诱发的水封系统共振。通过试验方案优化研究,提出了在门槽斜坡跌坎下游布置消力坎的工程措施。试验结果表明:出口段水流条件得到很大改善,水封处负压消失,水流空化数增大,消能减蚀效果明显。此外,还提出将水封压板与座板的弹性连接结构改为刚性连接结构,使得水封系统的固有频率远离水流脉动压力优势频率分布区,避免水封系统共振。研究结果可为类似的弧形工作闸门水封设计和故障处理提供参考。     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。