隨著水電的快速發(fā)展及裝機(jī)容量不斷增大,結(jié)構(gòu)巨型化和工況變化頻繁已成必然趨勢(shì),機(jī)組軸系-支承-廠房耦聯(lián)結(jié)構(gòu)間的相互作用及系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題愈發(fā)突出。水電站中很多構(gòu)件由螺栓裝配到一起,組合部件剛度相對(duì)較低,對(duì)于整體耦聯(lián)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性必然存在一定影響,應(yīng)在動(dòng)力設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注。但由于影響因素眾多且復(fù)雜,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于水電站耦聯(lián)結(jié)構(gòu)螺栓連接問(wèn)題尚未進(jìn)行深入研究,僅限于螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算以及研究制造安裝工藝問(wèn)題。本文對(duì)高強(qiáng)螺栓受力滑移規(guī)律及動(dòng)力學(xué)建模方法進(jìn)行探索,并結(jié)合實(shí)際工程建立有限元模型,采用不同方案對(duì)松動(dòng)及不同預(yù)緊力情況進(jìn)行模擬計(jì)算分析,揭示螺栓連接對(duì)水電站耦聯(lián)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響規(guī)律,主要工作和成果如下:1.分析了單搭接單螺栓有限元模型位移載荷曲線并對(duì)比了四種動(dòng)力學(xué)建模方法,結(jié)論認(rèn)為:增大預(yù)緊力將提高螺栓連接件切向承載能力且預(yù)緊狀態(tài)下連接件滑移過(guò)程可分為摩擦黏結(jié)、部分滑移、完全滑移三個(gè)階段;相較于粘接、梁?jiǎn)卧狹PC以及彈簧阻尼法,虛擬介質(zhì)法有著建模方便、通用性強(qiáng)、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn),更適合用于有著大量螺栓連接的組合結(jié)構(gòu)中,為研究水電站耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性提供了一種準(zhǔn)確有效的建模方法。2.利用虛擬介質(zhì)法建立了帶有下機(jī)架的水電站廠房有限元模型,模擬了一個(gè)基礎(chǔ)板螺栓松動(dòng)情況并進(jìn)行靜、動(dòng)力分析,提取了各支臂水平向受力加以比較,結(jié)果表明:螺栓松動(dòng)會(huì)降低機(jī)架、機(jī)墩的豎向、水平向最小剛度,增大下機(jī)架各點(diǎn)綜合應(yīng)力,相鄰支臂內(nèi)側(cè)立筋與上環(huán)板連接位置易率先發(fā)生破壞,不利于機(jī)組安全運(yùn)行;松動(dòng)也降低了耦聯(lián)結(jié)構(gòu)固有頻率,出現(xiàn)局部支臂振動(dòng)形式,使該支臂成為耦聯(lián)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié),同時(shí)機(jī)架及廠房各部位振幅增大,對(duì)結(jié)構(gòu)抗振不利;松動(dòng)支臂水平承載能力急劇降低,相鄰兩支臂受力急劇增大,其上螺栓易率先發(fā)生疲勞破壞。3.對(duì)五種預(yù)緊力方案下水電站機(jī)墩單體及耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)及諧響應(yīng)分析,結(jié)果表明:下機(jī)架對(duì)于機(jī)墩單體結(jié)構(gòu)的約束較小,計(jì)算自振特性時(shí)可以忽略;預(yù)緊力對(duì)于廠房結(jié)構(gòu)橫向剛度的影響大于縱向,增大預(yù)緊力在一定程度上提高了機(jī)組支承—廠房耦合結(jié)構(gòu)的剛度,極大減小了機(jī)架的振幅,有利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行;預(yù)緊力較小時(shí)連接剛度較低,加劇支承機(jī)架的振動(dòng),此時(shí)應(yīng)在研究過(guò)程中充分考慮實(shí)際預(yù)緊狀態(tài)以保證計(jì)算結(jié)果的精確性和可靠性,而當(dāng)各處螺栓預(yù)緊應(yīng)力均達(dá)到材料屈服強(qiáng)度的60-70%時(shí),可在建模時(shí)直接采用剛性連接以提升計(jì)算效率,計(jì)算精度也可得到保證。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV312
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 螺栓固定結(jié)合面研究進(jìn)展
        1.2.2 螺栓連接建模方法研究進(jìn)展
        1.2.3 螺栓連接對(duì)水電站耦聯(lián)系統(tǒng)振動(dòng)特性影響研究進(jìn)展
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
2 分析理論與計(jì)算模型
    2.1 分形理論
    2.2 虛擬介質(zhì)解析模型
    2.3 動(dòng)力分析理論
        2.3.1 模態(tài)分析
        2.3.2 諧響應(yīng)分析
    2.4 工程實(shí)例及有限元模型
        2.4.1 工程概況
        2.4.2 計(jì)算參數(shù)
        2.4.3 有限元模型
3 高強(qiáng)螺栓傳力機(jī)理及動(dòng)力學(xué)建模方法研究
    3.1 高強(qiáng)螺栓傳力機(jī)理研究
        3.1.1 模型參數(shù)及邊界條件
        3.1.2 預(yù)緊載荷的施加及鎖定
        3.1.3 結(jié)果分析
    3.2 高強(qiáng)螺栓連接簡(jiǎn)化模擬方法
        3.2.1 三維實(shí)體模型
        3.2.2 粘接法
        3.2.3 梁?jiǎn)卧癕PC法
        3.2.4 彈簧-阻尼法
        3.2.5 虛擬介質(zhì)法
        3.2.6 模擬方法的比較與選取
    3.3 虛擬介質(zhì)法的驗(yàn)證及預(yù)緊力影響初探
    3.4 本章小結(jié)
4 螺栓連接對(duì)水電站耦合結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性影響分析
    4.1 螺栓松動(dòng)對(duì)水電站耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性影響分析
        4.1.1 計(jì)算方案
        4.1.2 螺栓松動(dòng)對(duì)下機(jī)架剛度影響
        4.1.3 螺栓松動(dòng)對(duì)機(jī)墩剛度影響
        4.1.4 下機(jī)架—機(jī)墩連接結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.1.5 機(jī)組動(dòng)力荷載下耦聯(lián)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析
        4.1.6 螺栓松動(dòng)對(duì)下機(jī)架各支臂荷載分配影響
    4.2 螺栓預(yù)緊力對(duì)水電站耦合結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性影響分析
        4.2.1 研究方案
        4.2.2 機(jī)墩單體結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.2.3 耦聯(lián)結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.2.4 機(jī)組動(dòng)力載荷作用下耦聯(lián)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝

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