弧形钢闸门自振频率及支臂稳定性分析

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1、弧形钢闸门自振频率及支臂稳定性分析(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：水利水电工程系工程领域：水利工程申请人：丁峰指导教师：张明副教授联合指导教师：关金良高工二○一五年五月Analysisofnaturalvibrationfrequencyandthestablityofallyarmofsteelarch-gateThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMaste

2、rofEngineeringbyDingFeng(HydraulicEngineering)ThesisSupervisor:ZhangMingAssociateSupervisor:GuanJinliangMarch,2015摘要摘要怀柔水库西溢洪道是怀柔水库重要的水工建筑物组成部分。怀柔水库西溢洪道闸的闸门型式采用弧形钢闸门，其主要尺寸为12m×6.3m（宽×高），采用固定卷扬式启闭机启闭。其主要功能是防洪蓄水，其运行工况主要为全开、全闭两种状态。本文简要阐述了有限元法的原理及分析过程，介绍了ANSYS有限元软件的基本情况，

3、引入基于ANYS平台的结构自振频率和结构稳定性分析原理。借助ANSYS有限元分析软件，本文建立了怀柔水库西溢洪道弧形钢闸门有限元分析模型，计算了闸门闭门到底和闸门提升两种状态下的自振频率，并分析比较了两种状态下的自振频率变化规律。同时利用特征值屈曲分析方法对支臂稳定性进行了分析，计算得出了支臂前十阶的临界屈曲荷载及失稳模态，并总结了支臂相关参数对支臂稳定性的影响变化规律。本文得出了怀柔水库西溢洪道闸弧形钢闸门的自振频率及支臂稳定性的分析结果，从而为闸门的安全有效运行管理提供技术支撑，同时得出的支臂稳定性变化规律为弧形钢闸门的设计

4、提供借鉴参考。本文主要结论如下：1、在闸门完全关闭到底的状态下，闸门几乎不存在发生共振的可能性。但在闸门刚刚提门开启的状态时，闸门发生共振的可能性大大增加。2、除第1阶自振频率有较大差异外，两种状态下的其他各阶频率基本相同，振型也基本类同。并且随着阶数的增加，自振频率也相应增大。3、两种状态下，如闸门发生共振，振动情况都相当严重，因此应对闸门发生共振的可能性给予充分关注，适当时采取措施避免共振发生。4、闸门支臂主梁在发生结构失稳时，其主要形式为支臂主梁绕其翼缘平面的变形。前十阶屈曲模态主要表现为支臂上主梁的失稳变形，且前十阶的临

5、界屈曲荷载基本相同。并且失稳变形值随着阶数的增加而逐渐减小。5、支臂主梁的各参数中以支臂主梁腹板高度的变化对支臂稳定性影响最大，翼缘宽度次之。其他因素如支臂夹角、立柱截面中的腹板高度、翼缘宽度、斜支杆的直径和壁厚大小的变化都对支臂稳定性几乎无影响。关键词：弧形钢闸门；ANSYS；自振频率；支臂；稳定性分析IAbstractAbstractThewestspillwayisanimportantpartofhydraulicstructuresinHuairoureservoir.Thetype-selectionofgatein

6、thewestspillwayinHuairoureservoirissteelarch-gate.Thewestspillwaygateis12meterswideand6.3metershigh,anditusesfixedwinchhoisttofulfillopeningandclosing.Itsmainfunctionisfloodwaterstorage,anditoftenoperatesundertwoconditionswhichcontainscompletelyopeningandcompletelycl

7、osing.Thispaperbrieflyexpoundstheprincipleofthefiniteelementmethodandtheanalysisprocess,introducesthebasicsituationoffiniteelementsoftwareANSYS,andintroducesthetheoryofstructurenaturalfrequencyandstructurestabilityanalysisbasedonANYSplatform.Withthehelpofthefiniteele

8、mentanalysissoftwareANSYS,thispapercreatesthesteelarch-gatemodel,andcalculatesitsnaturalvibrationfrequencyunderthecompletelyclosing