流冰冲击下弧形闸门的动力反应分析

发布时间：2022-08-23 15:38

　　黄河流域宁蒙河道段全长1140公里,河流自低纬度向高纬度发展,加上曲折多变的河道流势条件,每年凌汛期流量不稳定,冰凌灾害频发。沿河堤防、渠道、桥涵、水闸、排灌站、铁路桥等水工建筑物及道路工程设施均在凌灾易发范围内。弧形闸门在外部荷载条件下,其空间梁系结构力学性能复杂,是一个值得研究的问题。本文基于商用有限元软件ANSYS/LS-DYNA和前后处理软件Hypermesh、LS-PrePost软件等,以黄河中上游宁蒙河段冬季凌汛高发的险工段某弧形闸门为研究对象,分析了弧形闸门的受力特点和工作方式,建立其合理的三维有限元仿真模型,并对其在大体积冰凌撞击作用下的动力响应进行研究。具体内容如下:首先根据弧形闸门的受力特点和工作方式,选择了基于ANSYS/LS-DYNA的能反映闸门各构件真实工作状态的单元类型,建立了弧形闸门的三维结构有限元模型。其次使用上述模型,以尺寸100cm×100cm×50cm,速度为2m/s的冰荷载为例,开展流冰撞击弧形闸门过程中流冰的能量过程、流冰动力过程、弧形闸门的能量过程、弧形闸门的位移变化的具体分析。再次分析比较了不同荷载条件下的冰力值、不同速度条件下流冰的冰力值... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 弧形闸门的研究现状
    1.2 河冰物理力学性质及本构模型综述
        1.2.1 河冰的主要物理力学性质
        1.2.2 河冰主要的本构模型
    1.3 冰凌灾害对水工建筑物破坏的研究现状及防治方案
    1.4 本文主要的研究工作
第2章 弧形闸门三维有限元模型研究
    2.1 概述
    2.2 Ansys/LSdyna、HyperMesh、LS-prepost软件联合仿真
    2.3 弧形闸门与流冰的材料类型
    2.4 弧形闸门的单元类型
        2.4.1 Shell163 壳单元
        2.4.2 壳体单元的共转坐标系
        2.4.3 壳体单元的应变位移关系和节点应力的计算[21]
        2.4.4 BEAM161 梁单元
        2.4.5 SOLID164 实体单元
    2.5 弧形闸门与冰体的接触模式、边界约束条件、荷载条件等
    2.6 冰体冲击弧形闸门过程的输出结果
    2.7 本章小结
第3章 流冰冲击弧形闸门过程动力分析
    3.1 流冰冲击弧形闸门能量变化分析
    3.2 流冰动力分析
        3.2.1 流冰能量过程
        3.2.2 流冰三个方向撞击力的变化过程
        3.2.3 流冰的速度、加速度、位移分析
        3.2.4 冰体应力分析
    3.3 弧形闸门动力分析
        3.3.1 弧形闸门能量分析
        3.3.2 弧形闸门节点位移变化
    3.4 本章小结
第4章 不同撞击工况下弧形闸门的响应比较
    4.1 考虑水压力荷载条件的数值模拟技术
    4.2 不同荷载条件冰力值比较
    4.3 不同速度流冰冰力值分析
    4.4 不同撞击工况下弧形闸门的响应比较
        4.4.1 撞击位置在高度上变化
        4.4.2 撞击位置在水平方向上变化
        4.4.3 不同撞击角度闸门的响应比较
    4.5 本章小结
第5章 弧形闸门在流冰冲击下的强度和刚度研究
    5.1 弧形闸门容许应力
    5.2 冰体冲击下弧形闸门结构强度分析
        5.2.1 梁系的应力分析
        5.2.2 闸门面板的应力分析
    5.3 冰体冲击下弧形闸门结构刚度分析
    5.4 冰体冲击下弧形闸门支臂动力分析
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 进一步工作的展望
攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文
致谢
参考文献



本文编号：3678033