垫层蜗壳结构动力特性的解析研究

发布时间：2021-08-24 13:29

　　垫层蜗壳结构在我国大中型水电站中被普遍使用。根据以往对垫层蜗壳结构的研究可知在蜗壳与外围混凝土之间铺设薄软垫层能够调整内水压力在蜗壳与外围混凝土之间的分配比例,改善结构的受力性能。然而,垫层的存在会降低外围混凝土对钢蜗壳的约束作用,改变结构的刚度,进而对结构动力特性产生影响。以往针对钢壳-垫层-混凝土组合结构的动力特性研究多采用数值模拟方法（如有限元方法）,而对于解析法的应用则非常少,几乎没有。因此,本文运用解析法研究了垫层材料参数以及外围混凝土厚度、钢壳厚度对水电站垫层蜗壳结构径向振动的影响,具体研究如下:（1）通过力学分析方法,将垫层管道结构中的钢壳、垫层以及外围混凝土简化为一个三自由度体系,脉动水压力作用在钢壳内壁上并假定其为简谐荷载,导出了垫层材料的刚度、阻尼与结构振动响应的匹配关系表达式;将垫层管道结构视为多层圆筒的轴对称平面应变问题,导出了钢壳、垫层以及外围混凝土的刚度表达式。（2）以拉西瓦水电站工程为例,应用已推导出的解析式分别计算了不同的垫层弹性模量、泊松比、厚度以及外围混凝土厚度、钢壳厚度下蜗壳组合结构的刚度及自振频率。结果表明:垫层弹性模量的增大会使结构各阶固有频率... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究发展与现状
    1.3 存在的问题
    1.4 本文的主要工作
2 垫层管道结构径向动力特性的解析推导
    2.1 垫层管道结构的动力学模型
        2.1.1 结构简化
        2.1.2 基本假定
        2.1.3 蜗壳与外围混凝土振幅的解析式推导
        2.1.4 简化后钢壳结构模型的固有频率
    2.2 外围混凝土、垫层以及钢蜗壳的刚度
        2.2.1 结构简化
        2.2.2 基本假定
        2.2.3 结构刚度解析式的推导
3 不同材料参数下结构的刚度
    3.1 材料参数的确定
        3.1.1 国内大中型水电站垫层蜗壳结构材料参数的统计
        3.1.2 工程实例
    3.2 不同垫层弹性模量下结构的刚度
        3.2.1 垫层弹性模量的取值
        3.2.2 垫层蜗壳结构各材料的刚度
    3.3 不同垫层厚度下结构的刚度
        3.3.1 垫层材料厚度的取值
        3.3.2 垫层蜗壳结构各材料的刚度
    3.4 不同垫层泊松比下结构的刚度
        3.4.1 垫层泊松比的取值
        3.4.2 垫层蜗壳结构各材料的刚度
    3.5 不同外围混凝土厚度下结构的刚度
        3.5.1 外围混凝土厚度的取值
        3.5.2 垫层蜗壳结构各材料的刚度
    3.6 不同钢蜗壳厚度下结构的刚度
        3.6.1 钢蜗壳厚度的取值
        3.6.2 垫层蜗壳结构各材料的刚度
4 材料参数对垫层蜗壳结构固有频率的影响
    4.1 材料参数的确定
        4.1.1 钢壳、垫层以及外围混凝土的质量
        4.1.2 计算参数表
    4.2 垫层弹性模量对垫层蜗壳结构固有频率的影响
        4.2.1 垫层蜗壳结构固有频率解析解与数值解的比较
        4.2.2 垫层蜗壳结构的振型
    4.3 垫层材料厚度对垫层蜗壳结构固有频率的影响
    4.4 垫层泊松比对垫层蜗壳结构固有频率的影响
    4.5 外围混凝土厚度对垫层蜗壳结构固有频率的影响
    4.6 钢蜗壳厚度对垫层蜗壳结构固有频率的影响
    4.7 本章小结
5 材料参数对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.1 计算参数的取值
        5.1.1 水力脉动幅值的取值
        5.1.2 水力脉动频率的取值
        5.1.3 垫层阻尼的取值
    5.2 垫层弹性模量对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.3 垫层材料阻尼对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.4 垫层材料厚度对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.5 垫层材料泊松比对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.6 外围混凝土厚度对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.7 钢蜗壳厚度对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.8 垫层材料刚度对垫层蜗壳结构振幅的影响
    5.9 结合实际工程的探讨
        5.9.1 拉西瓦水电站垫层参数的选取探讨
        5.9.2 溪洛渡水电站垫层参数的选取探讨
        5.9.3 三峡水电站垫层参数的选取探讨
        5.9.4 白鹤滩水电站垫层参数的选取探讨
    5.10 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]白鹤滩水电站垫层蜗壳结构设计[J]. 陈鹏,伍鹤皋,方丹,万祥兵.  中国农村水利水电. 2018(03)
[2]影响水电站垫层蜗壳结构自振特性的若干因素分析[J]. 黄鹏,伍鹤皋,余晓华,刘静.  三峡大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]向家坝水电站不同埋设方式蜗壳结构有限元分析[J]. 陈琴,祁勇峰.  人民长江. 2017(07)
[4]藏木水电站脉动压力下厂房结构动力响应分析[J]. 侯攀,江波.  水电站设计. 2017(01)
[5]垫层的E/d对水电站蜗壳结构的影响分析[J]. 李守义,杨阳,梁倩,陈演.  应用力学学报. 2015(01)
[6]考虑垫层材料非线性的压力钢管内水压力传递系数[J]. 张运良.  水利学报. 2014(11)
[7]摩擦系数对水电站垫层蜗壳结构特性的影响[J]. 袁文娜,伍鹤皋,樊熠玮,范湘蓉.  中国农村水利水电. 2014(04)
[8]三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析[J]. 陈琴,祁勇峰,胡建华.  长江科学院院报. 2012(12)
[9]大型水电站蜗壳埋设方式对厂房振动的影响分析[J]. 欧阳金惠,陈厚群,张超然.  水力发电学报. 2012(04)
[10]高水头电站垫层式蜗壳自振特性分析[J]. 周伟,赵丽娟,李道广.  水资源与水工程学报. 2012(04)

博士论文
[1]水电站垫层蜗壳结构特性及厂房结构抗震研究[D]. 张启灵.武汉大学 2010
[2]双洞错距山岭隧道洞口段地震动力响应及减震措施研究[D]. 孙铁成.西南交通大学 2009

硕士论文
[1]水工垫层压力管道的结构分析[D]. 宋泽宇.大连理工大学 2016
[2]水电站垫层蜗壳结构静动力特性研究[D]. 李晓俊.大连理工大学 2011
[3]蜗壳垫层对水电站厂房动力特性的影响[D]. 姚锋娟.大连理工大学 2010
[4]高水头电站垫层式蜗壳结构特性分析研究[D]. 安学民.西安理工大学 2009
[5]设垫层的蜗壳结构动力特性研究[D]. 魏燕.西安理工大学 2008
[6]水电站垫层蜗壳数值模拟方法研究[D]. 张嘉.西安理工大学 2008
[7]垫层钢管和垫层钢蜗壳研究以拉西瓦水电站工程为例[D]. 邓双明.西安理工大学 2004
[8]大型水电站水轮机蜗壳结构研究[D]. 阳芳.武汉大学 2004



本文编号：3360077