【摘要】：水封止水元件的工作性能直接決定了閘門的止水效果,水封在大跨度和高壓閘門的設(shè)計(jì)中占有重要地位。本文的主要工作圍繞橡膠水封計(jì)算的客觀性展開,努力尋找更優(yōu)的算法以提高仿真的計(jì)算精度,力求更為客觀地反映水封工作時(shí)的特征規(guī)律和評(píng)估封水效果。水封計(jì)算不能過分要求計(jì)算出的特征值是精確的,對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的、受多種不可模擬因素困擾的系統(tǒng),不可能得到一個(gè)精確的計(jì)算值。計(jì)算的客觀性體現(xiàn)在對(duì)水封特征規(guī)律的把握程度,對(duì)封水效果評(píng)價(jià)的正確性和計(jì)算方法有無改進(jìn)上。為提高水封仿真計(jì)算的精度,一方面希望通過完善水封計(jì)算理論得以實(shí)現(xiàn),另一方面希望通過改進(jìn)水封計(jì)算方法使計(jì)算精度提高。本文首先對(duì)水封大變形的空間描述進(jìn)行了探討,研究了幾何非線性大應(yīng)變的度量方法、應(yīng)力度量方法及應(yīng)變張量、應(yīng)力張量之間的嚴(yán)格關(guān)系,并通過變分原理建立有限元方程。詳述了大變形計(jì)算的基本理論和非線性的處理方法,并通過仿真計(jì)算與模型試驗(yàn)的對(duì)比,提出針對(duì)不同工況和精度要求選擇水封材料應(yīng)變能函數(shù)的方法。以往水封大變形計(jì)算的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)需要進(jìn)一步完善是本文的一個(gè)觀點(diǎn)。雖然采用Green應(yīng)變張量度量應(yīng)變是力學(xué)界的主流,但本文提出當(dāng)變形體同時(shí)具有大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),采用Green應(yīng)變張量度量應(yīng)變計(jì)算上會(huì)出現(xiàn)虛假應(yīng)變值,是不準(zhǔn)確的,而采用陳至達(dá)的變形梯度和分解(+=RStF)的方法可避免這種偏差。以往我們對(duì)大變形體的仿真計(jì)算可能存在一些缺陷,筆者認(rèn)為一方面原因是度量變形的方式失誤,長(zhǎng)久以來人們習(xí)慣采用Green應(yīng)變張量度量應(yīng)變,對(duì)于水封這類同時(shí)具有大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)角的變形體,用Green應(yīng)變張量度量應(yīng)變不準(zhǔn)確。水封大變形往往伴隨著大轉(zhuǎn)動(dòng)�；凇昂头纸狻�,本文論證了大變形的應(yīng)變和轉(zhuǎn)動(dòng)是耦聯(lián)關(guān)系,大變形并非是應(yīng)變與剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的疊加。當(dāng)度量應(yīng)變的方式改變,本構(gòu)關(guān)系的描述也相應(yīng)變化。本文分析和探討了“和分解”形式對(duì)水封材料本構(gòu)關(guān)系描述的影響(即對(duì)應(yīng)變能函數(shù)顯化為應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響),導(dǎo)出了“和分解”下水封材料的切線模量(包含:①變形張量不變量表示的應(yīng)變能函數(shù)模型,“和分解”下的切線模量通式,公式4-13、公式4-14、公式4-15、公式4-16;②Mooney-Rivlin應(yīng)變能函數(shù)模型“和分解”下的切線模量,公式4-17、公式4-18、公式4-19、公式4-20;③Ogden應(yīng)變能函數(shù)模型“和分解”下的切線模量,公式4-21、公式4-22、公式4-23、公式4-24),從而建立了“和分解”下嚴(yán)格的材料切線剛度矩陣,修改了有限元計(jì)算中增量法在T.L.格式下由變分原理表達(dá)的平衡方程,編制了基于“和分解”的水封有限元計(jì)算用戶材料子程序,消除了用Green應(yīng)變張量度量應(yīng)變帶來的計(jì)算誤差,得出了較完善的水封非線性有限元計(jì)算理論和方法,這是本文的一個(gè)亮點(diǎn)。實(shí)踐表明,仿真計(jì)算中由于無法完全真實(shí)的模擬實(shí)際工程中的所有因素和非線性計(jì)算的固有特性,造成無論如何計(jì)算出的結(jié)果仍與真實(shí)情況有偏差。本文采用響應(yīng)面法構(gòu)造了水封仿真逼近參數(shù)修正的數(shù)值模型,通過對(duì)材料參數(shù)的修正使仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步逼近模型試驗(yàn)結(jié)果(工程真實(shí)的結(jié)果具有隱蔽性,盡管模型試驗(yàn)具有隨機(jī)性,但人們認(rèn)同模型試驗(yàn)結(jié)果能代替工程結(jié)果)。用含交叉項(xiàng)的二次函數(shù)響應(yīng)面對(duì)水封仿真逼近的參數(shù)進(jìn)行了反演,討論了提高響應(yīng)面精度的方法,用五次函數(shù)響應(yīng)面對(duì)水封仿真逼近的參數(shù)進(jìn)行了再次反演,在二次函數(shù)反演的基礎(chǔ)上提高響應(yīng)面精度,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。基于精確的測(cè)微技術(shù),提出利用度量張量和Christoffel符號(hào)進(jìn)行仿真修正的構(gòu)想�；诒疚牡难芯�,對(duì)長(zhǎng)江三峽水利樞紐升船機(jī)下閘首工作門氣壓伸縮式止水水封進(jìn)行了特征分析。三峽升船機(jī)閘門水封采用的是目前發(fā)現(xiàn)的封水性能最優(yōu)的斷面型式,具有典型性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV31

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳凈蓮,郭占起,金明;橡膠類材料本構(gòu)關(guān)系與DIANA接口的研究[J];北方交通大學(xué)學(xué)報(bào);2001年01期

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本文編號(hào)：2289233