平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计

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1、耗知營硕士研究生学位论文平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计生姓名震学科、专业机械工程领域研究方向先进制造技术徐宏诲校外王广春北方工业大学研究生院北方工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：冰年日学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关

2、保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。口保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：、蝥日期：、导师签名：北方工业大学硕士

3、学位论文平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计镝要在水利水电工程中，平板闸门是应用最早最广泛的闸门型式之一。其结构简易，制造、安装、维修方便，具有互换性等优点，而广泛应用于水利水电工程的泄水系统、引水发电系统、灌溉系统、航运系统等。目前，我国农业用水特别是渠灌区水资源利用率低，浪费严重，其主要原因是没有具有计量功能的闸门。为此，我国山西运城等地区在水利部“”计划资助下，从澳大利亚引进了、两款产品，并在宁夏青铜峡灌区南支渠建立国内第一个示范点。但该系列产品价格昂贵、安装条件苛刻，很难以大范围推广。本课题通过有限元分析软件，针对一种

4、新型的计量平板闸门进行仿真，该产品满足结构简单，内部填充铝蜂窝板结构，门框构建采用铝合金材料以减轻闸门整体重量。本文通过有限元软件建立起平面闸门的参数化模型，选取闸门厚度、横筋纵筋尺寸、边框间距以及铝合金薄板作为关键参数，对闸门整体进行参数化建模。并在模型上施加约束和静水压力，对闸门进行静力分析。通过理论分析，优化结构参数，在保证强度和刚度前提下实现平板闸门质量最小化，研究结构参数与刚度性能之间的关系。本文建立了闸门总质量与闸门厚度、边框宽度、横纵筋尺寸以及薄板厚度结构参数之间的数学关系，利用参数语言编制相应程序，对工程实例进行计

5、算，获得闸门刚度随结构参数在不同工况下的变化曲线，进一步得到其变化规律。采用现场实验与仿真分析相结合方式，对参数化模型进行理论验证，保证了模型的合理性。此外还设计了测量实验对模拟灌区的计量闸门进行了现场实测，获取了不同水位下平板门最大形变数据，为有限元模型之后的精确设计提供了真实可靠的依据。对应闸门采用了函数逼近方法进行结构优化，得到了较为精确的优化结果，为对下一代系列闸门的设计具有建设性意义。关键词：计量平板闲门，有限元，参数化，轻量化设计北方工业大学硕士学位论文，、北方工业大学硕士学位论文，：；；；北方工业大学硕士学位论文目录

6、论弓丨記：本论文研究目的及背景本文所作的工作及其现实意义基本理论有限元法的基本概念薄板有限元法的基本理论本章小结平板计量闸门结构分析闸门的介绍发展历史及现状闸门的作用闸门的组成：水工闸门的发展历史及现状问题提出平板闸门结构参数提取本章小结平板间门参数化建模有限元软件简介有限元分析软件的特点的基本组成的求解过程闸门结构传统建模思想与参数化建模思想传统建模思想：参数化建模思想！参数化设计语言简介材料特性设定单元类型选用北方工业大学硕士学位论文蜂窝铝板模型简化铝蜂窝等效弹性模量实验验证蜂窝板与框架的连接处理载荷和边界约束设定结果及后处理

7、现场实验验证实验准备实验步骤结果分析本章小结平板闸门在载荷作用下的变形与应力计算分析闸门厚度对门板变形的影响边框宽度对门板变形的影响横纵筋尺寸对门板变形的影响铝合金薄板厚度对门板变形的影响本章小结平板闸门参数的优化设计优化设计概述优化设计程序优化设计步骤优化算法分类平板闸门的优化参数设定数学模型的建立优化参数的设定：计算结果及分析本章小结结参考文献申请学位期间的研究成果及发表的学术论文北方工业大学硕士学位论文绪论引言在二十世纪年代平面闹门就于水利水电枢纽发挥了至关重要的作用，因此水利水电工程中应用较早、较广泛的闹门型式当属平面式止

8、水闹门。平面阐门具备结构简单，制造、安装、维修方便特点，具备良好的互换性的优点，才使其广泛出现于水利水电工程的泄水领域、弓丨水发电领域、灌溉领域、航运领域等。同时也鉴于其缺点：开启力矩大、需建造影响水流门槽、局部开启条件差等，特别是随着高水头水电站