主纵梁式弧门树状柱找形及其强度稳定分析

发布时间：2017-06-01 15:10

  本文关键词：主纵梁式弧门树状柱找形及其强度稳定分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弧形钢闸门是水工建筑物中最重要的调节结构。主要用于关闭、开启过水孔口,以控制水位、调节流量、排放泥沙等,其运行情况直接关系到整个枢纽工程的安全。随着水利水电事业的快速发展和机械制造业水平的提高,水利工程规模也不断扩大,弧形钢闸门的尺寸也越来越大。调查结果表明弧形钢闸门的破坏大多是由支臂的失稳造成,因而研究一种稳定性好、安全性高的新型支臂结构弧形钢闸门具有重要的科学意义。应用拓扑优化的方法得到树状柱式支臂结构弧形钢闸门,其中树状柱式支臂结构传力路径合理、承载能力高,可有效减小支臂计算长度系数,并降低材料的用量,是一种安全性和合理性均优于传统支臂结构的新型弧门支臂结构。本文以深孔均布荷载布置的主纵梁弧门结构为研究对象,应用理论分析和有限元分析等方法对其展开研究。首先基于曲梁挠曲线微分方程出发,提出一种基于铁摩辛柯曲梁理论的弧形刚闸门主纵梁截面应力分布的计算方法,并详尽分析了曲梁曲率对截面弯曲正应力分布的影响;应用有限元软件ANSYS分别建立二分支简化模型和对称一级树状柱二分支简化模型,结合特征值屈曲分析方法,对一级二分支树状柱支臂分叉点进行找形分析,并对两种支臂形式弧门框架的强度、刚度、稳定性进行比较评价。研究表明:(1)对不同半径和夹角的不同支臂形式弧门纵向主梁分别应用曲梁理论公式和直梁理论计算了中间截面的应力分布,对两种方法的计算结果进行误差分析。通过工程实例计算,得到直梁理论相对有限元方法计算结果的误差达到10.80%,而曲梁理论相对有限元方法计算结果的误差仅为2.04%,可见基于曲梁理论的计算精度显著优于直梁理论,采用基于曲梁理论的计算方法更加安全可靠。(2)通过特征值屈曲分析方法对一级对称二分支树状柱支臂简化模型和二支臂简化模型进行计算,得到在某一范围内该树状柱支臂简化模型的屈曲荷载大于二支臂的屈曲荷载,并随着树干长度的增大呈现先增大后减小,并在某一长度处达到最大。当树干长度与树支在树干方向投影的长度比值大约在0.6~0.8范围之内时树状柱支臂屈曲荷载达到最大值。(3)建立二支臂弧门和该弧门对应的树状柱支臂弧门,对两种弧门进行静力分析,进行强度、刚度和稳定性的比较,得到树状柱支臂最大等效应力减小了4.55%,绕x轴稳定计算应力和绕y轴稳定计算应力均减小了20%以上,有效提高了弧门的整体稳定性。
【关键词】：深孔主纵梁弧形钢闸门 树状柱支臂 二支臂 ANSYS 稳定性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV663
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题的目的和意义10-11
• 1.2 选题的依据11
• 1.3 国内外研究历史和现状11-15
• 1.3.1 树状柱结构的发展和应用11-14
• 1.3.2 基于ANSYS的弧形钢闸门有限元分析14-15
• 1.3.3 弧形钢闸门主纵梁截面应力计算15
• 1.4 本文研究方法和内容15-17
• 第二章 基于曲梁理论的深孔弧门纵向主梁正应力计算17-29
• 2.1 深孔弧形钢闸门纵向主梁的应力计算17-23
• 2.1.1 曲梁应力计算公式17-19
• 2.1.2 深孔弧形钢闸门纵向主梁的结构特征系数计算19-22
• 2.1.3 深孔弧形钢闸门纵向主梁跨中截面内力计算22-23
• 2.2 曲梁曲率对截面应力分布计算的影响23-24
• 2.3 曲梁理论与直梁理论计算方法的误差分析24-26
• 2.3.1 直梁理论计算应力24
• 2.3.2 相对误差se 计算24-26
• 2.4 工程算例26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 传统二支臂弧门静力有限元分析29-44
• 3.1 静力有限元分析法29-30
• 3.2 弧门有限元模型的参数选择和建立30-33
• 3.2.1 弧形钢闸门基本资料30-31
• 3.2.2 建立弧形钢闸门有限元模型31-33
• 3.3 二支臂弧门静力分析33-42
• 3.3.1 二支臂弧门变形分析33-38
• 3.3.2 二支臂弧门应力分析38-40
• 3.3.3 稳定性分析40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 树状柱支臂找形分析44-59
• 4.1 树状柱支臂的定义44
• 4.2 树状柱结构的形式和材料44-45
• 4.3 二支臂结构和树状柱支臂结构的简化模型45-47
• 4.3.1 二支臂结构和树状柱支臂结构简化模型的假定45
• 4.3.2 二支臂结构和树状柱支臂结构简化模型的建立45-47
• 4.4 树状柱支臂分叉点的确定47-57
• 4.4.1 有限元分析原理47-48
• 4.4.2 有限元方法确定支臂分叉点48-56
• 4.4.3 弧门树状柱支臂形式的确定56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 树状柱弧门静力有限元分析59-71
• 5.1 树状柱弧门有限元的建立59
• 5.2 树状柱弧门静力分析59-68
• 5.2.1 树状柱弧门变形分析59-63
• 5.2.2 树状柱支臂弧门应力分析63-66
• 5.2.3 稳定性分析66-68
• 5.3 二支臂弧门与树状柱弧门计算结果比较68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-74
• 6.1 结论71-72
• 6.2 工作展望72-74
• 附录I74-79
• 附录Ⅱ79-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈俊;张其林;谢步瀛;;树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用[J];钢结构;2010年03期

2 仇强;刘福胜;;应用于河道中的新型钢闸门静力特性有限元分析[J];吉林水利;2009年05期

3 武岳;张建亮;曹正罡;;树状结构找形分析及工程应用[J];建筑结构学报;2011年11期

4 谌磊;王正中;庞金城;;弧形钢闸门的动力稳定分析[J];人民黄河;2006年07期

5 朱军祚;王正中;方寒梅;孙丹霞;谌磊;;拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用[J];人民黄河;2007年06期

6 严沾谋;陆一婷;王兴恩;谭守林;;弧形闸门三维有限元抗震分析[J];水力发电;2009年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 谭仲毅;树状结构施工技术研究与应用[D];重庆大学;2002年

2 吉小艳;弧形钢闸门主框架动力稳定性的研究[D];西北农林科技大学;2004年

3 邱德修;弧形钢闸门的动力特性及动力稳定性分析[D];河海大学;2006年

4 唐咏;基于模型试验和有限元法的弧形钢闸门动特性研究[D];南京航空航天大学;2007年

5 刘计良;弧形钢闸门动力稳定性研究[D];西北农林科技大学;2010年

  本文关键词：主纵梁式弧门树状柱找形及其强度稳定分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：412857