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弧形钢闸门流固耦合自振特性分析


第1 期  21 0 0年 1 月  广 东水 利 水 电  GUANGDONG  ATER  W RES OURCES AND    HYDROPOW ER  No 1 .  Jn 2 1   a .O 0 弧 形钢 闸门流 固耦 合 自振 特性 分 析  邱德 修  朱召泉 邱  琳  , , ( .化 工部 长沙设计研 究院 , 南 长沙 1 湖 摘 40 1 2 1 16; .河海 大学土木 工程 学院 , 苏 南京 江 209 ) 10 8  要 : 了使设计的 闸门自振频率远 离水流的高能脉动主频率段 , 为 以保证 闸门的安全 , 用三维有限元的数 值方法 , 采 考虑  流 固耦 合 作 用 , 出 了弧 形 铜 闸 门在 不 同开度 下 的 自振 频 率 和振 型模 态特 性 。 计 算 结 果表 明 : 体 对 闸 门的 影 响 总 趋 势 是  得 水 使其 自振 频 率 降 低 、 动模 态发 生 变化 ; 门的 自 频 率 随 着 开 度 非 线性 变化 。 振 闸 振   关键 词 : 弧形 钢 闸 门 ; 自振 特 性 ; 固耦 合  流 中图分 类 号 :V 6 .  T 63 2 文 献 标 识码 :  B 文 章 编 号 : 0 0 1 (0 0 0 0 1 0  1 8— 12 2 1 )1— 0 0— 3 0 引 言  耦合对 闸门 自振特性 的影 响 , 获取 闸 门的 自振频率 和振  ,   通过对 国内外 弧形 闸门事故 的调查分 析 发现  型模态 特性 , 以便使设 计 的闸 门 自振 频率远 离水流 的高  虽然事故 的 原 因是 多 方 面 的 , 但是 仔 细研 究 这 些 事 故  后, 也能找 出一些规 律性 。尽管这些 失事 闸门的运行 条  件、 结构尺 寸 、 构造形 式各不 相 同 , 坏时 的直接触发 原  破 能脉动 主频率段 , 工程 设 计提 供 参考 依 据 , 而 保证  为 从 闸 门的安 全 。   1 闸门有 限元模 型 的建立    因也多种多样 , 但是从 破 坏特 征 来看 , 2点共 同特 征  有 值 得注意 : ①从 破坏 内因看 , 失事 闸门 因为 发生 强 烈振  因弧 形钢 闸门结构 的复杂性 , 采用 大型通用 有限元  软件 A S S来 模 拟 。该 软 件 具 有 强 大 的前 后 处 理 功  NY 动使 支臂丧失稳 定 , 生弯扭屈 曲致使 整个 闸门丧失挡  发 水能力 而遭受破坏 ; ②从 破 坏 内因看 , 事 闸 门全是 在  失 明显 的振 动荷载作 用 下发 生 破坏 的。从 闸 门失事 过 程  来看 , 多 闸门破 坏 时 , 往 发 生强 烈振 动 。 由此可 以  许 往 看出, 由弧形闸 门振动引起 的破坏是 弧形 闸门失事 破坏  能, 适用 范围广 , 对大型结 构计算 十分方便 且精度 较高 。   根 据弧形 钢 闸门的特 点 , 计算模 型采用板 梁组合结  构 。将 弧形 面板 、 、 主 次横 梁 及 纵梁 的腹板 和翼 板 采用  三维壳 单元 ; 支臂采 用三维 梁单元 。考虑 到整个结 构在  有限元 网格 剖分时各 单元 的衔接 问题 , 建模 时首先 以纵  梁位置 为分界分 段建 立各 横 梁 , 然后 分 别 扫略 成 面 , 再  以横梁 为分界线 , 面板 分块 , 后 再在 梁格 区间 细划  将 最 单元 。对 于支 臂 , 以其 杆


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