平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计

发布时间：2017-05-18 07:05

  本文关键词：平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在水利水电工程中,平板闸门是应用最早最广泛的闸门型式之一。其结构简易,制造、安装、维修方便,具有互换性等优点,而广泛应用于水利水电工程的泄水系统、引水发电系统、灌溉系统、航运系统等。 目前,我国农业用水特别是渠灌区水资源利用率低,浪费严重,其主要原因是没有具有计量功能的闸门。为此,我国山西运城等地区在水利部“948”计划资助下,从澳大利亚引进了SlipGate、FlumeGate两款产品,并在宁夏青铜峡灌区南支渠建立国内第一个示范点。但该系列产品价格昂贵、安装条件苛刻,很难以大范围推广。 本课题通过有限元分析软件ANSYS,针对一种新型的计量平板闸门进行仿真,该产品满足结构简单,内部填充铝蜂窝板结构,门框构建采用铝合金材料以减轻闸门整体重量。本文通过ANSYS有限元软件建立起平面闸门的参数化模型,选取闸门厚度、横筋纵筋尺寸、边框间距以及铝合金薄板作为关键参数,对闸门整体进行参数化建模。并在模型上施加约束和静水压力,对闸门进行静力分析。通过理论分析,优化结构参数,在保证强度和刚度前提下实现平板闸门质量最小化,研究结构参数与刚度性能之间的关系。 本文建立了闸门总质量与闸门厚度、边框宽度、横纵筋尺寸以及薄板厚度结构参数之间的数学关系,利用ANSYS参数语言APDL编制相应程序,对工程实例进行计算,获得闸门刚度随结构参数在不同工况下的变化曲线,进一步得到其变化规律。采用现场实验与仿真分析相结合方式,对参数化模型进行理论验证,保证了模型的合理性。此外还设计了测量实验对模拟灌区的计量闸门进行了现场实测,获取了不同水位下平板门最大形变数据,为有限元模型之后的精确设计提供了真实可靠的依据。对应闸门采用了函数逼近方法进行结构优化,得到了较为精确的优化结果,为对下一代系列闸门的设计具有建设性意义。
【关键词】：计量平板闸门 有限元 参数化 APDL 轻量化设计
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV663.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 引言8-9
• 1.2 本论文研究目的及背景9-10
• 1.3 本文所作的工作及其现实意义10-11
• 2 基本理论11-16
• 2.1 有限元法的基本概念11-12
• 2.2 薄板有限元法的基本理论12-15
• 2.3 本章小结15-16
• 3 平板计量闸门结构分析16-22
• 3.1 闸门的介绍发展历史及现状16-17
• 3.1.1 闸门的作用16
• 3.1.2 闸门的组成16
• 3.1.3 水工闸门的发展历史及现状16-17
• 3.2 问题提出17-19
• 3.3 平板闸门结构参数提取19-21
• 3.4 本章小结21-22
• 4 平板闸门参数化建模22-42
• 4.1 有限元软件ANSYS简介22-25
• 4.1.1 ANSYS有限元分析软件的特点22-23
• 4.1.2 ANSYS的基本组成23-24
• 4.1.3 ANSYS的求解过程24-25
• 4.2 闸门结构传统建模思想与参数化建模思想25-26
• 4.2.1 传统建模思想25-26
• 4.2.2 参数化建模思想26
• 4.2.3 参数化设计语言APDL简介26
• 4.3 材料特性设定26-33
• 4.3.1 单元类型选用26-27
• 4.3.2 蜂窝铝板模型简化27-30
• 4.3.3 铝蜂窝等效弹性模量实验验证30-32
• 4.3.4 蜂窝板与框架的连接处理32-33
• 4.4 载荷和边界约束设定33-34
• 4.5 结果及后处理34-37
• 4.6 现场实验验证37-41
• 4.6.1 实验准备37-39
• 4.6.2 实验步骤39
• 4.6.3 结果分析39-41
• 4.7 本章小结41-42
• 5 平板闸门在载荷作用下的变形与应力计算分析42-48
• 5.1 闸门厚度对门板变形的影响42-43
• 5.2 边框宽度对门板变形的影响43-44
• 5.3 横纵筋尺寸对门板变形的影响44-46
• 5.4 铝合金薄板厚度对门板变形的影响46-47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 平板闸门参数的优化设计48-59
• 6.1 ANSYS优化设计概述48-51
• 6.1.1 优化设计程序48-49
• 6.1.2 优化设计步骤49-50
• 6.1.3 优化算法分类50-51
• 6.2 平板闸门的优化参数设定51-53
• 6.2.1 数学模型的建立51-52
• 6.2.2 优化参数的设定52-53
• 6.3 计算结果及分析53-58
• 6.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 附录63-66
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 栗秉忠,张志平;轻型钢闸门的研制[J];山西水利科技;2002年04期

  本文关键词：平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：375363