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弧形闸门动力特性及流激振动研究

焦修明  
【摘要】:弧形钢闸门被广泛的应用于水工建筑物中,由于其结构和工作条件的复杂性,使得其在工程运用中存在着诸多安全稳定性问题。对弧形闸门结构进行动力特性、流激振动方面的研究具有重要的工程价值和理论意义。 本文基于这些方面的问题,以龙滩底孔弧形闸门为背景,研究了弧形闸门的动力特性和流激振动问题,研究手段以模型试验和有限元计算分析相结合。 用水力学模型试验获得了作用在弧形闸门上的脉动压力数据,研究了弧形闸门上的动水压力特性并得出一些普遍规律:在水弹性闸门模型上测试了各种工况下各测点的静应力、动应力、自振频率、加速度,研究了闸门上静应力的分布规律,弧形闸门的自振特性和动力响应。 用ANSYS软件建立了龙滩弧门有限元模型,用有限元方法对弧门进行了静力计算,并与静力试验结果对比,验证了两种方法的可靠性,并进一步研究了弧形闸门主要构件的应力分布规律和变形状况。 弧形闸门的流固耦合问题是研究闸门动力特性的一个难点。Westergaard(1933年)曾研究过地震时水体对坝体震动的影响,本文基于这个思路,应用有限元方法,根据Westergaard公式编制程序在闸门面板上施加流固耦合引起的“附加质量”,在模态分析中,计算了闸门在不同工况下的自振频率,并分析了闸门自振振型,探讨了动水压力产生的附加质量及边界条件对闸门自振特性的影响。 同时,结合生产任务,为龙滩底孔弧形闸门的优化设计和安全运行提供参考意见。


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