大型弧形闸门的自振特性计算

《大型弧形闸门的自振特性计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第20卷第3期河海大学常州分校学报Vol。20No。32006年9月JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYCHANGZHOUSept。2006文章编号：1009—1130(2006)03—0025—04大型弧形闸门的自振特性计算谢智雄．周建方(河海大学机电工程学院，江苏常州2l3022)摘要：为掌握大型弧形闸门的自振特性．以某水电站溢洪道大型弧形闸门的动力学问题为背景．应用ANSYS软件详细分析了该闸门的自振特性。在4种不同计算模式下计算闸门的自振特性．并对不同计算模式下的计

2、算结果进行比较：同时分析了附加水体质量对闸门自振特性的影响．关键词：弧形闸门；自振特性；附加水体质量；有限元法；ANSYS中图分类号：TV633。2：TB122文献标识码：A弧形闸门属于复杂的空间结构，振型复杂，自振频率密集，大部分计算结果反映的是其局部振动的情况．为了抓住主要矛盾，可以按部件、按振型进行分析，即将弧形闸门分成启闭杆、支臂和面板梁格(面板加梁格的结构)三大部件，分别分析其自振频率和振型．一般而言，由三者的刚度关系，杆<，支臂<，板粱格，可知其相应的白振频率关系为：厂杆<厂支臂<厂自板格⋯．为确保闸门能安全可靠运行，必

3、须对闸门的动力特性进行专门的计算研究．本文中作者以某水电站溢洪道大型弧形闸门为例．应用ANSYS软件．采用4种计算模式对其自振特性进行详细的分析计算．由于水流脉动主频率一般较低．因此仅计算闸门的一阶自振特性，采用按部件按振型的方法对不同计算模式下的计算结果进行分析比较．并讨论了附加水体质量对闸门自振特性的影响。1计算模式闸门的振动属于水弹性耦合振动．可以采用“附加质量”法来考虑水体与闸门的相互作用[2-3]．在闸门的自振特性计算时，可以采用杆件质量体系、支臂体系、主框架体系和空间整体结构体系等4种模式．通过对以上=三大部件的自振频率

4、和振型的分析．以及对不同计算模式下计算结果的比较．可以较为全面地把握整个闸门结构的自振特性．1．1杆件质量体系对于V形支臂的大型弧形闸门，可将启闭杆和支臂简化为杆件．将面板梁格简化为集中质量点．该体系有3种简化模式：(a)杆系1，支臂简化为1根杆件，面板梁格简化为一个集中质量点放置在支臂柱头处，如图1(a)所示；(b)杆系2，支臂简化为2根杆件，面板梁格简化为一个集中质量点放置在2个支臂柱头之(a)杆系1(b)杆系2(c)杆系3图1杆件质量体系Fig．1Polemasssystem收稿日期：2005一l2一l2作者简介：谢智雄(19

5、7l一)，男，云南巍山人，讲师，主要从事钢结构方面的研究维普资讯http://www.cqvip.com26河海大学常州分校学报2006年9月间，如图1(b)所示：(。)杆系3．支臂简化为2根杆件，面板梁格简化为2个集中质量点分别放置在2个支臂柱头处．如图1(c)所示．3种简化模式在边界处均在启闭杆上端及支铰处受到铰约束．1．2支臂体系将V型支臂单独取出进行计算，按单个支臂(取1根支臂)和支臂架(由一侧的上下2根支臂构成)2种计算体系，分两端铰支和一端固定一端铰支(简称为一固一铰)2种边界约束条件进行计算，此体系又可分成4种计算模式

6、：(a)支臂1，单个支臂两端铰支：(b)支臂2．单个支臂一固一铰；(C)支臂架1，支臂架两端铰支；(d)支臂架2．支臂架一固一铰．1．3主框架体系主框架体系分平面主框架体系和空间主框架体系2种．其中，平面主框架体系由1根主横梁和左右2根支臂组成：空间主框架体系由上下2个平面主框架连成一体构成．主框架体系在边界处均受到支铰的铰约束．1．4空间整体结构体系弧形闸门属于空间薄壁结构．按整体空间结构体系计算时．可采用4节点板单元模拟闸门结构．闸门结构的有限元模型如图2所示．闸门在启闭杆上端及支铰处受铰约束．在面板侧止水处受边墙沿侧向的线约束

7、．具体计算时分2种情况．即空间结构1和空间结构2．空间结构1在计算时不考虑闸门与水体的耦合效应(即不考虑附加水体的影响)．空间结图2闸门结构有限元模型Fig．2Gatestructurefiniteelementmodel构2则考虑．2弧形闸门自振特性分析计算所计算的水电站泄洪建筑物共有3孔溢洪道，溢洪道工作闸门采用弧形钢闸门．闸门的主横梁为双腹式箱型梁，支臂为V形(上下2个支臂之间不设连接)箱型斜支臂；孔口宽20．0m，闸门高20．333m，弧门半径24．0m．设计水头19．833m．2．1启闭杆及面板梁格沿切向的自振特性不同计算

8、模式下，启闭杆和面板梁格沿切向的一阶自振频率的计算结果见表1．从表1数据可看出：表1启闭杆及面板梁格一阶自振频率Table1Thefirstself-vibrationfrequencyofsteeveandplankgirderst