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水工弧形闸门流激振动控制的研究

刘晶  
【摘要】:弧形闸门是水利工程中广泛应用的一种闸门型式,设计弧形闸门要解决的关键问题之一是闸门的流激振动。闸门产生强烈振动的主要原因是闸门侧缝射流和下游紊动水流汇合后在门侧形成了自激振荡系统的结果。在小开度、淹没出流情况下,如果止水橡胶损坏,水和闸门的相互作用将导致闸门产生破坏性的振动。对于这种流激振动,仅仅从水力学角度和结构特性方面进行优化,仍然难以避免。采用结构控制的方法是解决流激振动问题的进一步措施。本文以某水工弧形闸门为例,讨论了被动及智能半主动MR阻尼器用于弧形闸门结构的流激振动控制。 对弧形闸门危害性的流激振动进行振动控制的基础是对事先建立良好的简化模型和模拟流激振动脉动压力时程荷载。本文以有限元模型为基础,经过对有限元计算结果的分析,保留了最能反映结构低阶振型的梁结构,把板结构转化为附加质量作用到有关梁上,从而建立了三维简化模型。并利用三维有限元方法计算的结构动力特性与简化结构动力特性相等的原则修正弧形闸门简化力学模型,确定了等效的弧形闸门三维简化结构模型和系统参数。分析和计算表明,建立的简化三维力学模型较好地反映了弧形闸门结构的动力特性和脉动压力下的振动反应,可用于安装阻尼器的弧形闸门的智能控制设计。本文采用滤波器整形白噪声方法生成模拟脉动荷载时程曲线,对闸门结构进行了流激振动分析。 本文介绍了MR智能材料及MR智能阻尼器的特性,并详细介绍了几种主要的MR阻尼器的力学模型分析了各种模型的优缺点,特别是通过比较分析详细介绍了本文所采用的MR智能阻尼器修正的Bingham模型。 本文主要是针对被动及智能半主动MR阻尼器用于弧形闸门结构流激振动控制而进行的研究。在半主动控制策略方面,运用了两种控制策略:一种是基于最优控制理论的LQR半主动控制策略,另一种是基于局部反馈的模糊半主动控制策略。本文分别计算分析了这两种控制策略的控制效果,并对前一种控制策略进行了参数分析,最后比较了两种控制策略的优缺点。本文研究表明,采用这两种控制策略的智能阻尼器均能有效地减小结构的流激振动反应。参数分


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