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弧形钢闸门的动力特性及动力稳定性分析

邱德修  
【摘要】:弧形钢闸门是水工建筑物中运用最广泛的门型之一。因其具有启闭力小、构造简单、操作方便、无门槽等优点,故在国内的水工建筑物上得到了广泛应用。弧形闸门的运行实践表明,闸门在启闭过程或局部开启时,甚至在关闭挡水时,常常产生振动,振动有时会达到相当严重的情况,从而可能引起闸门的动力破坏或某些构件的动力失稳。因此,弧形闸门的动力问题一直属于闸门设计和运行过程中一个需要解决的重要问题。 本文主要研究了弧形钢闸门的动力特性及其动力稳定性。首先对现役弧形闸门的动力失稳问题进行了广泛而深入的调查和分析;分析了引起闸门动力失稳的原因,提出了开展闸门动力分析的方法和思路。介绍了弧形闸门这类板、梁、杆空间组合结构的有限元动力分析的原理和方法。在此基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS对弧门的整体结构(考虑流固耦合)作用进行了有限元动力特性分析,通过计算,搞清了弧门自振特性随开度的变化规律和流固耦合作用对闸门自振特性的影响。 此外,本文还利用ANSYS对闸门支臂桁架在简单荷载作用下的动力稳定性进行了考察,得出了外荷载的频谱特性对结构的动力稳定承载力的影响规律,评估了动力失稳准则的可行性,为弧形钢闸门的动力稳定的深入研究打下了重要的基础。 最后,本文考察了弧形闸门在动水压力作用下的动力稳定性,得到了闸门在不同开度下的动力稳定承载力,了解了闸门随着动水压力频率和幅值不断变化,其动力性状不断改变乃至失稳的全过程。从而为改善弧形闸门结构的动力稳定性及进行弧形闸门的合理设计提供了科学依据。


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