平面钢闸门流激振动分析与整体性优化设计

发布时间：2017-05-18 06:05

  本文关键词：平面钢闸门流激振动分析与整体性优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水利工程中的平面钢闸门,是水工建筑物中重要的控泄和调节水位的结构。在闸门的实际运行中,其在动水中打开或关闭以及在局部开启的状态下,都会产生或大或小的振动。在一定的特殊条件下,当过闸水流的脉动主频与闸门的自振频率相近或者一致时,闸门就会产生更为强烈的振动,出现共振失稳的现象。闸门振动产生的影响,轻则引发其自身结构的疲劳损伤,重则导致水工建筑物其他部位产生裂纹或地基沉降。因此,开展闸门振动问题的研究,在闸门投入使用前进行振动量的预测、给出不利于闸门运行的工作开度、提出预防闸门振动的措施等前期工作,对水工钢闸门设计和防止闸门产生较大振动具有重要的意义。本文主要以吉林省中部城市引松供水工程取水口平面工作闸门结构的流激振动问题为背景,对该工程中的闸门进行了物理模型试验和数值模拟计算。并依据计算结果对闸门结构进行优化设计。得出了适合于该工程的结构形式。具体的研究内容如下:(1)对闸门初步设计进行静动力校核,指出初步设计中存在的问题。针对出现的问题进行初步优化设计,为下阶段模型试验做准备。(2)制作水动力模型,用以测量闸门在不同开度下的时均压力值和脉动压力值。研究门体时均压力荷载随开度的变化情况和不同开度下脉动压力的主频。为数值模拟计算提供相应的荷载时程曲线。(3)制作水弹性相似模型,用以测量闸门门体结构在不同开度下的振动加速度大小。(4)应用有限元软件,对闸门结构进行流激振动分析。通过与水弹性试验结果进行对比,证明有限元模型的正确。(5)对闸门进行整体性优化设计,提出两种优化设计方案。在保证结构安全、施工方便、经济合理的原则下,得出适合于该引水工程的闸门结构形式。
【关键词】：平面闸门 模型试验 数值模拟 流激振动 优化设计
【学位授予单位】：长春工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV663
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 工程背景和问题来源8
• 1.2 研究目的和意义8-9
• 1.3 闸门振动问题研究现状9-12
• 1.3.1 数值模拟计算法9-10
• 1.3.2 物理模型试验法10-11
• 1.3.3 物模和数模相结合法11-12
• 1.4 本文所做工作12-13
• 第2章 引松供水工程平面工作闸门静动力复核13-21
• 2.1 工程概况及有限元模型13-15
• 2.1.1 工程概况13
• 2.1.2 平面钢闸门有限元模型13-14
• 2.1.3 相关参数及约束条件14-15
• 2.2 有限元计算15-18
• 2.2.1 静力分析计算15-17
• 2.2.2 平面钢闸门动力特性分析17-18
• 2.3 平面钢闸门的初步优化设计18-20
• 2.3.1 优化设计的基本原则18
• 2.3.2 优化后闸门的数值模型18-19
• 2.3.3 优化后闸门模型的数值模拟结果分析19-20
• 2.4 小结20-21
• 第3章 平面钢闸门流激振动试验研究21-37
• 3.1 水弹性模拟原理21-23
• 3.1.1 水动力系统的相似理论21-22
• 3.1.2 结构动力相似理论22-23
• 3.2 平面工作闸门水动力荷载的试验研究23-33
• 3.2.1 闸门门体不同开度下的时均压力值24-27
• 3.2.2 闸门门体不同开度下的脉动压力值27-33
• 3.3 平面工作闸门流激振动响应试验33-36
• 3.3.1 水弹性模型的设计和制作33-34
• 3.3.2 平面钢闸门流激振动试验测点布置及测量内容34-35
• 3.3.3 闸门振动加速度特征35-36
• 3.4 小结36-37
• 第4章 平面钢闸门流激振动数值模拟计算37-53
• 4.1 基本原理37-40
• 4.1.1 闸门流激振动的控制方程37-39
• 4.1.2 附加质量矩阵的计算方法39-40
• 4.2 基于有限元思想的平面钢闸门流激振动分析40-50
• 4.2.1 平面钢闸门流激振动分析的有限元数值模型40-41
• 4.2.2 边界条件及相关参数41
• 4.2.3 计算工况41-50
• 4.3 数值模型计算结果与水弹性模型试验的相互验证50-52
• 4.4 小结52-53
• 第5章 平面钢闸门整体性优化设计53-62
• 5.1 闸门初步优化设计中存在的基本问题53
• 5.2 优化设计基本的基本方案53-57
• 5.2.1 优化设计的目的53-54
• 5.2.2 优化设计基本方案54-57
• 5.3 优化后模型的静动力校核57-59
• 5.3.1 优化后方案一的静动力校核57-58
• 5.3.2 方案二静动力分析58-59
• 5.4 方案对比分析59-61
• 5.4.1 闸门结构及材料使用量对比59
• 5.4.2 静力计算结果对比分析59-60
• 5.4.3 自振特性计算结果对比分析60-61
• 5.4.4 振动响应结果对比分析61
• 5.5 小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 在学期间发表的学术论文及其他成果67-68
• 在学期间参加专业实践及工程项目研究工作68-69
• 致谢69

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本文编号：375237