弧形闸门动力特性及流激振动研究

论文题目: 弧形闸门动力特性及流激振动研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 水工结构工程

作者: 焦修明

导师: 王均星

关键词: 弧形闸门,模型试验,有限元,附加质量,应力,自振特性,动力响应

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 弧形钢闸门被广泛的应用于水工建筑物中,由于其结构和工作条件的复杂性,使得其在工程运用中存在着诸多安全稳定性问题。对弧形闸门结构进行动力特性、流激振动方面的研究具有重要的工程价值和理论意义。本文基于这些方面的问题,以龙滩底孔弧形闸门为背景,研究了弧形闸门的动力特性和流激振动问题,研究手段以模型试验和有限元计算分析相结合。用水力学模型试验获得了作用在弧形闸门上的脉动压力数据,研究了弧形闸门上的动水压力特性并得出一些普遍规律:在水弹性闸门模型上测试了各种工况下各测点的静应力、动应力、自振频率、加速度,研究了闸门上静应力的分布规律,弧形闸门的自振特性和动力响应。用ANSYS软件建立了龙滩弧门有限元模型,用有限元方法对弧门进行了静力计算,并与静力试验结果对比,验证了两种方法的可靠性,并进一步研究了弧形闸门主要构件的应力分布规律和变形状况。弧形闸门的流固耦合问题是研究闸门动力特性的一个难点。Westergaard(1933年)曾研究过地震时水体对坝体震动的影响,本文基于这个思路,应用有限元方法,根据Westergaard公式编制程序在闸门面板上施加流固耦合引起的“附加质量”,在模态分析中,计算了闸门在不同工况下的自振频率,并分析了闸门自振振型,探讨了动水压力产生的附加质量及边界条件对闸门自振特性的影响。同时,结合生产任务,为龙滩底孔弧形闸门的优化设计和安全运行提供参考意见。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1．1 引言

1．2 弧形闸门破坏实例及原因分析

1．3 闸门流激振动激励机理及分析研究

1．3．1 水流诱发闸门振动的激励机理

1．3．2 流固耦合

1．4 闸门振动研究现状

1．4．1 原型观测法

1．4．2 模型试验法

1．4．3 数值分析法

1．5 龙滩底孔弧形闸门简介

1．6 本文的主要工作

第二章弧形闸门静动力模型试验

2．1 引言

2．2 相似理论

2．3 模型介绍

2．3．1 土建部分及底孔

2．3．2 弧形闸门模型

2．4 脉动压力模型试验

2．4．1 测点布置及量测系统

2．4．2 试验成果分析

2．5 弧门静力及流激振动模型试验

2．5．1 测试工况与组次

2．5．2 测点布置及量测系统

2．5．3 弧门静力试验成果及分析

2．5．4 弧门动力试验成果及分析

2．6 小结

第三章弧形闸门有限元模型

3．1 有限元法的理论基础

3．1．1 有限元法的基本概念

3．1．2 薄板有限元法简介

3．1．3 弧形钢闸门的有限元计算

3．2 弧门有限元模型的建立

3．2．1 单元类型特性

3．2．2 运动方程

3．2．3 附加项

3．2．4 附加质量的模拟

第四章弧形闸门自振特性计算分析

4．1 引言

4．2 弧门自振频率分析

4．3 弧门振型分析

4．4 小结

第五章弧形闸门静力计算分析

5．1 引言

5．2 弧门结构的变形分析

5．3 弧门主要构件的应力分析

5．4 静力模型试验及三维有限元计算成果对比分析

5．5 小结

第六章结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

发布时间: 2006-03-27

参考文献

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