考虑流激振动的水工闸门受力分析

摘要

钢闸门是水工建筑物的重要组成部分，从闸门失事过程来看，在闸门启闭过程中或小开度工作泄流时，一般都有振动现象。因此如何较为准确求解钢闸门的自振特性以及如何求解闸门各部件的流激振动响应，为闸门的动力设计提供切实依据，是目前急需解决的问题。 本文首先对闸门的振动问题进行了广泛而深入的分析：分析了引起闸门振动的原因及其对应措施，介绍了目前常用的闸门振动特性的分析方法，并比较了其优缺点。介绍了闸门这类复杂空间组合结构有限元动力分析的原理和方法。在此基础上，本文采用目前数值计算中最常用的“附加质量法”来考虑水体与结构的耦合作用，用以反幂法为基础的直接滤频法计算了闸门的自振特性，比较分析了闸门在空气中和考虑耦合作用后的自振特性，得出了相应的结论。 目前常用的闸门振动分析方法很难给出闸门各部件的流激振动响应具体值，本文在水力模型试验测得各种工况下闸门模型上的脉动压力的基础上，对试验测得的水流脉动压力进行频谱分析，较精确地考虑了脉动压力的时空相关性及不同频率分量上相关程度的不同，将测点水流脉动压力转换为有限元计算的结点荷载，由随机振动计算方法求解闸门的流激振动动力响应。由此探讨了一种将水力模型试验跟数值计算相结合来计算闸门流激响应具体值的方法，并应用于上海清水河泵闸水下卧倒门的流激响应计算上，结果合理可靠，该方法可以推广应用于溢流坝面、导墙、闸墩等受水流脉动荷载作用的其它水工建筑物。 水下卧倒门是一种新型的门型，通过对常用闸型的比较分析，本文认为该种门型适合在城市水道中推广运用。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1闸门振动现象概述

1.2闸门振动特性分析研究现状

1.3问题提出

1.4本文的主要工作

第二章闸门有限元分析基础

2.1有限元基本原理

2.2闸门的有限元模型

2.3有限元前后处理软件GID简介

2.4本章小结

第三章闸门自振特性分析

3.1水体与闸门的耦合作用

3.2考虑水体与结构之间耦合作用的自振特性计算

3.3本章小结

第四章闸门流激振动响应分析

4.1脉动压力的频谱分析方法

4.2随机振动分析方法

4.3本章小结

第五章清水河泵闸水下卧倒门流激振动受力分析

5.1 工程概况

5.2水力模型试验

5.3闸门数值计算分析

5.4本章小结

附图

第六章结论与展望

参考文献

致谢