近年來,隨著我國綜合國力不斷增強,國民經(jīng)濟不斷發(fā)展,水利工程作為利國利民的重要基礎設施,其建設規(guī)模日益增大,使用條件也日益苛刻,水工鋼閘門作為防洪、排澇和水資源利用工程中的重要結(jié)構物,其結(jié)構安全是保證水利工程正常運行的基礎,本文結(jié)合我國北方的水庫、水閘等水利工程中常用的平面定輪鋼閘門設計,采用流固耦合計算方法,對我國北方典型的水工鋼閘門的結(jié)構安全進行研究。閘門在運行過程中,除了會受到常規(guī)靜水壓力載荷作用,還會受到一些極端載荷作用,本文主要考慮兩方面的載荷工況:一方面是閘門在泄洪時會受到水流沖刷載荷作用,在較大的水流沖刷作用下,閘門結(jié)構容易失穩(wěn),產(chǎn)生永久性的塑性損傷;另一方面考慮在進行水下爆炸爆破工程時或發(fā)生戰(zhàn)爭和遭到恐怖主義攻擊時,閘門會受到水雷或水下爆破炸藥等其他水下武器攻擊,即受到水下爆炸載荷作用,一旦遭到水下爆炸攻擊,將會對閘門結(jié)構產(chǎn)生致命性損傷,對水利設施下游的工程及人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成巨大的損失。因此本文主要針對水流沖刷和水下非接觸爆炸兩種主要的閘門破壞載荷進行計算方法研究,并給出數(shù)值計算結(jié)果。平面鋼閘門（本文采用潛孔式平面定輪鋼閘門）作為現(xiàn)在水利工程中應用最為廣泛的閘... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－２雙向流固耦合流程圖??２．２水下爆炸流固耦合方法概述??基于流固耦合數(shù)值模擬方法是進行閘門水流沖刷和水下爆炸分析的最有效方式??

山東大學碩士學位論文??非流體的激勵??Ｉ?——Ｔ——?ｉ流??界一?結(jié)構響應?一｜?界?！固??面?面Ｉ耦??｜?壓?——－￣———｜?運?Ｉ合??力??流體響應??＾動?ｊ系??Ｉ????Ｉ?統(tǒng)??流體動力激勵??圖２－３流固耦合計算原理示意圖??流固耦合處理是進行水下爆炸數(shù)值模擬的關鍵技術點，ＡＢＡＱＵＳ采用線形動量??守衡，耦合結(jié)構位移和流體壓力，采用的平衡方程和連續(xù)性方程如下：??平衡狀態(tài)：??ｖｐ＋ｒ｛ｘ，?ｅ，?）ｕｆ＋ｐｔ?（ｘ，?ｅ，?）ｕｒ?＝?ｏ?１）??連續(xù)性方程：??ｐ?＝?－Ｋｆ（ｘ，ｄｉ）Ｖ？ｕｆ?（２－２）??在結(jié)構和流體的界面采用任意朗格朗日歐拉方法，使用網(wǎng)格適應方法，采用多種??形狀和不同密度網(wǎng)格進行有限元網(wǎng)格劃分，通過“ｔｉｅ”可以實現(xiàn)結(jié)構位移和流體壓力??的耦合計算。??沖擊波加載??水下爆炸初始爆轟，產(chǎn)生入射沖擊波，沖擊波誘導產(chǎn)生氣泡，沖擊波與氣泡產(chǎn)生??壓縮波并驅(qū)動聲波船舶，沖擊波傳播到結(jié)構表面，引起結(jié)構損傷。計算中確定爆心三??維坐標，通過自主編程得到水下爆炸載荷時歷曲線。??Ｐ??＾＾??Ｊ?ｚ＾??°?．?ｔ＋?．?ｔ??圖２－４水中壓力波的Ｐ⑴曲線??１０??

?＊２０?０．０５?０?１?０?１５?０．２?０?２５?０?３??１＾??°ｖ?ＸＸ??〇?１?１?１?１?１?１??０?０?０５?０．１?０?１５?０?２?０?２５?０?３??ｍ?Ｉ?＇?＇?＇?＇????？１８?－?Ｉ??－１９?－?ｒ—??－??Ｊ??－２０??１?—＇?ｉ?—￣?１?１?１????０?０?０５?０１?０?１５?０２?０?２５?０３??Ｔｉｍ?ｅ（ｓ）??圖２－５壓力波、氣泡的半徑及遷移隨時間的變化曲線??空化效應??沖擊波傳播到結(jié)構，會在結(jié)構表面發(fā)生發(fā)射，反射波誘導引起結(jié)構表面發(fā)生空化，??出現(xiàn)了空化現(xiàn)象的流體將不能傳播聲波，這對結(jié)構上受到的載荷會產(chǎn)生影響。采用雙??線性流體模型來計算空化現(xiàn)象，當壓力低于用戶設定的一個極限壓力時，就將保持常??數(shù)。??在節(jié)點上采用壓力作為自由度，使得可以從入射波達到結(jié)構表面開始進行計算，??這樣避免了波在未到達結(jié)構前的傳播過程，不會增加計算的附加成本。??２．２．１空氣歐拉體材料參數(shù)??空氣的狀態(tài)方程，采用ＬＩＮＥＡＲ—ＰＯＬＹＮＯＭＩＡＬ模型方程：??ｐ?＝?ｃ０＋Ｃ］Ｍ?＋?ｃ２ｊｕ２?＋?＋?（ｃ４?＋?ｃ５／ｕ?＋?ｃ６／／２）?￡?（２－３）??式中：??－１?（２－４）??Ｐｏ??Ｅ單位體積能量，其中：??＝?ｃ】＝＝?ｃ３?＝?＝?０?（２－５）??ｉｉ??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]高水頭平面事故閘門動水關閉水動力特性及門槽水力特性研究[D]. 章晉雄.中國水利水電科學研究院 2013
[2]基于通用程序的水下爆炸及其對結(jié)構作用的數(shù)值模擬研究[D]. 賈憲振.南京理工大學 2008
[3]艦船結(jié)構在爆炸沖擊載荷作用下的局部破壞研究[D]. 蓋京波.哈爾濱工程大學 2005

碩士論文
[1]基于流固耦合數(shù)值模擬的深孔平面鋼閘門底緣結(jié)構型式研究[D]. 張學森.西北農(nóng)林科技大學 2011
[2]水下爆炸氣泡動過程的數(shù)值模擬研究[D]. 逄春京.國防科學技術大學 2008
[3]水下爆炸過程及淺水效應數(shù)值模擬研究[D]. 肖秋平.南京理工大學 2008
[4]平面多定輪鋼閘門結(jié)構分析[D]. 周軍.河海大學 2007



本文編號：3317103