本文關(guān)鍵詞：平面鋼閘門流激振動分析與整體性優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水利工程中的平面鋼閘門,是水工建筑物中重要的控泄和調(diào)節(jié)水位的結(jié)構(gòu)。在閘門的實際運行中,其在動水中打開或關(guān)閉以及在局部開啟的狀態(tài)下,都會產(chǎn)生或大或小的振動。在一定的特殊條件下,當(dāng)過閘水流的脈動主頻與閘門的自振頻率相近或者一致時,閘門就會產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的振動,出現(xiàn)共振失穩(wěn)的現(xiàn)象。閘門振動產(chǎn)生的影響,輕則引發(fā)其自身結(jié)構(gòu)的疲勞損傷,重則導(dǎo)致水工建筑物其他部位產(chǎn)生裂紋或地基沉降。因此,開展閘門振動問題的研究,在閘門投入使用前進(jìn)行振動量的預(yù)測、給出不利于閘門運行的工作開度、提出預(yù)防閘門振動的措施等前期工作,對水工鋼閘門設(shè)計和防止閘門產(chǎn)生較大振動具有重要的意義。本文主要以吉林省中部城市引松供水工程取水口平面工作閘門結(jié)構(gòu)的流激振動問題為背景,對該工程中的閘門進(jìn)行了物理模型試驗和數(shù)值模擬計算。并依據(jù)計算結(jié)果對閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。得出了適合于該工程的結(jié)構(gòu)形式。具體的研究內(nèi)容如下:(1)對閘門初步設(shè)計進(jìn)行靜動力校核,指出初步設(shè)計中存在的問題。針對出現(xiàn)的問題進(jìn)行初步優(yōu)化設(shè)計,為下階段模型試驗做準(zhǔn)備。(2)制作水動力模型,用以測量閘門在不同開度下的時均壓力值和脈動壓力值。研究門體時均壓力荷載隨開度的變化情況和不同開度下脈動壓力的主頻。為數(shù)值模擬計算提供相應(yīng)的荷載時程曲線。(3)制作水彈性相似模型,用以測量閘門門體結(jié)構(gòu)在不同開度下的振動加速度大小。(4)應(yīng)用有限元軟件,對閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行流激振動分析。通過與水彈性試驗結(jié)果進(jìn)行對比,證明有限元模型的正確。(5)對閘門進(jìn)行整體性優(yōu)化設(shè)計,提出兩種優(yōu)化設(shè)計方案。在保證結(jié)構(gòu)安全、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的原則下,得出適合于該引水工程的閘門結(jié)構(gòu)形式。
【關(guān)鍵詞】：平面閘門 模型試驗 數(shù)值模擬 流激振動 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：長春工程學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV663
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 工程背景和問題來源8
• 1.2 研究目的和意義8-9
• 1.3 閘門振動問題研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3.1 數(shù)值模擬計算法9-10
• 1.3.2 物理模型試驗法10-11
• 1.3.3 物模和數(shù)模相結(jié)合法11-12
• 1.4 本文所做工作12-13
• 第2章 引松供水工程平面工作閘門靜動力復(fù)核13-21
• 2.1 工程概況及有限元模型13-15
• 2.1.1 工程概況13
• 2.1.2 平面鋼閘門有限元模型13-14
• 2.1.3 相關(guān)參數(shù)及約束條件14-15
• 2.2 有限元計算15-18
• 2.2.1 靜力分析計算15-17
• 2.2.2 平面鋼閘門動力特性分析17-18
• 2.3 平面鋼閘門的初步優(yōu)化設(shè)計18-20
• 2.3.1 優(yōu)化設(shè)計的基本原則18
• 2.3.2 優(yōu)化后閘門的數(shù)值模型18-19
• 2.3.3 優(yōu)化后閘門模型的數(shù)值模擬結(jié)果分析19-20
• 2.4 小結(jié)20-21
• 第3章 平面鋼閘門流激振動試驗研究21-37
• 3.1 水彈性模擬原理21-23
• 3.1.1 水動力系統(tǒng)的相似理論21-22
• 3.1.2 結(jié)構(gòu)動力相似理論22-23
• 3.2 平面工作閘門水動力荷載的試驗研究23-33
• 3.2.1 閘門門體不同開度下的時均壓力值24-27
• 3.2.2 閘門門體不同開度下的脈動壓力值27-33
• 3.3 平面工作閘門流激振動響應(yīng)試驗33-36
• 3.3.1 水彈性模型的設(shè)計和制作33-34
• 3.3.2 平面鋼閘門流激振動試驗測點布置及測量內(nèi)容34-35
• 3.3.3 閘門振動加速度特征35-36
• 3.4 小結(jié)36-37
• 第4章 平面鋼閘門流激振動數(shù)值模擬計算37-53
• 4.1 基本原理37-40
• 4.1.1 閘門流激振動的控制方程37-39
• 4.1.2 附加質(zhì)量矩陣的計算方法39-40
• 4.2 基于有限元思想的平面鋼閘門流激振動分析40-50
• 4.2.1 平面鋼閘門流激振動分析的有限元數(shù)值模型40-41
• 4.2.2 邊界條件及相關(guān)參數(shù)41
• 4.2.3 計算工況41-50
• 4.3 數(shù)值模型計算結(jié)果與水彈性模型試驗的相互驗證50-52
• 4.4 小結(jié)52-53
• 第5章 平面鋼閘門整體性優(yōu)化設(shè)計53-62
• 5.1 閘門初步優(yōu)化設(shè)計中存在的基本問題53
• 5.2 優(yōu)化設(shè)計基本的基本方案53-57
• 5.2.1 優(yōu)化設(shè)計的目的53-54
• 5.2.2 優(yōu)化設(shè)計基本方案54-57
• 5.3 優(yōu)化后模型的靜動力校核57-59
• 5.3.1 優(yōu)化后方案一的靜動力校核57-58
• 5.3.2 方案二靜動力分析58-59
• 5.4 方案對比分析59-61
• 5.4.1 閘門結(jié)構(gòu)及材料使用量對比59
• 5.4.2 靜力計算結(jié)果對比分析59-60
• 5.4.3 自振特性計算結(jié)果對比分析60-61
• 5.4.4 振動響應(yīng)結(jié)果對比分析61
• 5.5 小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62
• 6.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果67-68
• 在學(xué)期間參加專業(yè)實踐及工程項目研究工作68-69
• 致謝69

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本文編號：375237