弧形闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计

发布时间：2020-05-07 02:13

【摘要】：我国是一个缺水非常严重的国家,且区域分布不均。全国总用水量的70%用于农业灌溉,但水资源的有效利用率很低,只有30%-40%,其主要原因是我国灌溉区的灌溉设施落后,闸门没有计量功能及动态调节功能,无法实现按需供水,导致输水效率低下,水资源严重浪费。远程自动计量弧形闸门对于无动力电缆的偏远地区农田的计量灌溉、水的调度及管理,实现农业灌溉用水的信息化、科学化和现代化,提高农业用水的有效利用率具有重要的作用。在弧形闸门的设计过程当中,通常需要进行“设计—建模—分析—修改设计—再次建模—再次分析”反复的流程,严重影响了设计和分析的效率,因此,借助参数化思想对弧形闸门关键部件进行有限元分析是十分必要的。本文中,主要针对弧形闸门的参数化有限元分析及优化设计做了如下工作： (1)使用APDL语言编制命令流程序,将闸门关键部位尺寸：加强筋间距H1和H2及门板的厚度T1和T2,以及门板的开启角度参数化,实现弧形闸门门板及上横梁的参数化有限元分析的整个过程：闸门建模、材料属性定义、网格划分、施加约束、加载和求解以及相关后处理过程。通过改变参数,找出了影响闸门关键部件变形与刚度的因素：门板的厚度、加强筋的位置等,并找出了影响规律：随着水位的升高或闸门开启角度的增大,门板最大变形的位置逐渐上移；当加强筋间距从0.4m到0.75m间变化时,门板的变形先是快速减小,间距在0.6m左右时达到最小,随后变形逐渐增大；随着门板厚度的增加,门板的变形量逐渐减小。其中涉及的关键内容为铝蜂窝板的等效处理及弹性模量问题。 (2)编制了基于APDL的程序,实现了闸门结构的优化设计。首先对加强筋间距H1,H2进行了优化,使得加强筋分布最为合理,从而保证在板厚不变的情况下,门板变形量最小；然后对弧形板厚度T1、挡水板和框架厚度T2进行了优化计算,得到闸门结构参数的最优数据为：H1=697mm,H2=504.64mm,T1=55.28mm,T2=51.54mm.此时闸门体的重量为387Kg,减小了17.5%,减重效果明显,实现了门板结构的轻量化。从闸门总体结构来看,门体重量的减少,不仅使得其制造成本降低,同时也使得对太阳能电池板以及电动机的要求得以降低,从而使得综合成本大大降低,这对于经济相对落后的渠灌区来讲具有长远的实际意义。
【图文】：

澳大利亚,主要结构,水量监测,门边

分辨率可达亚微米级，并依靠间门边缘上的传感器参考点来检测测量精度。通过这两项技术，使得过阐水流量的测量更为精确，水量监测精度可达到98%以上[3-5]。图1-1为澳大利亚RUBICON公司的FlumeGate在实际工程中的应用。每扇弧形间门都配有一个独立的电气控制2

示意图,弧形,示意图,支臂

强绍合金框，安装框用膨胀镙丝固定在混凝土基础中。直流电动机和减速机作为驱动装置，固定在招合金上横梁上⑶。图1-2为国产化弧形闹门的三维示意图。1.3国内外研究现状河海大学机电工程学院谢智雄、周建方应用ANSYS软件建立了某水电站溢洪道大型弧形闹门的三维有限元模型，对其在正常运行时的闭门挡水和开启瞬间两种工况，以及非正常运行时的四种工况：两侧启闭杆完好时，，?左侧支铰沿水压力合力作用线方向沉陷10mm;②右侧支臂温度升高30°C;③右侧支臂温度升高3(rc且左支铰沉陷10mm三种工况以及左侧启3
【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】：S277

【参考文献】