董箐水电站三斜支臂弧形闸门三维有限元分析.pdf

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1、·6O·董箐水电站三斜支臂弧形闸门三维有限元分析严沾谋，陆一婷，陈寅其，谭守林。王兴恩(中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳550002)摘要：通过CATIA平台对董箐水电站溢洪道三斜支臂弧形工作闸门进行三维线弹性有限元分析，计算弧形闸门在正常挡水工况下的静应力、位移和稳定性，以及闸门在自由状态下的动态特性，得出了以下结论：正常挡水工况下闸门受力较小；各阶模态的屈曲系数均远大于l，稳定性很好，支臂的稳定性相对而言是薄弱环节；闸门在自由状态下，l一1O阶振动的频率在0—5Hz范围内，闸门的上支臂抗震性能相对较弱。关键词：弧形闸门有限元法静应力稳定性自

2、由振动频率中图分类号：TV663+．2文献标识码：B文章编号：1002—6886(2012)6-0O6O一04Three-dimensionalFEMAnalysisofThreeSkewArmsRadialGateinDongqingHydropowerStationYANZhanmou，LUYiting，CHENYinqi，TANShoulin，WANGXingenAbstract：Three—dimensionallinearelasticFEManalysisofradialworkinggatewiththreeskewal'insatthesp

3、illwayofDongqinghydropowerstationthroughCATIAwasusedtocalculatethestaticstress，displacement，stabilityandthefreedynamiccharacteristicsofradialgateOfthenormalwaterretainingcondition．Theresultsshowedthatthestressofgatewassmallonthenormalwaterretainingcondition；thebucklingcoefficiento

4、feveryordermodalitywasfarIuorethan1，SOthestabilitywasverygood，andthestabilityofarmswereweaklinkcomparatively；thefrequenciesofthefirsttotenthordervibrationwerebetweenzerotofiveHzwhengateWaSontheconditionoffreedom，andtheearthquakeresistanceofupperarmwaSweakcomparatively．Keywords：rad

5、ialgate；finiteelementsmethod；staticstress；stability；freevibrationfrequency挡水工况下的静应力、位移和稳定性，以及闸门在自由状0前言态下的动态特眭。目前，钢闸门有限元分析的平台很多，如ANSYS、l静态有限元分析ABAQUS、MSC．PATRAN、MCS．NASTRAN、MCS．MARC，ALGOR等，而以ANSYS为主流。但由于这些软件建本文所有单元采用四面体单元，模型划分为502452模功能的局限性，往往需要对原始模型做较大的简化，尤个单元，163623个节点，有限元模型如图1所示

6、，x轴沿水其是较复杂的三斜支臂弧形闸门，这就导致了计算精度不流方向，Y轴沿竖直方向，z轴沿闸门宽度方向。面板网准确的问题，这也是金属结构设计仍以传统计算为主而有格如图2所示，闸门的材料特性如表1所示。为了简化模限元法仪作校核和优化辅助手段的原因之一。为此，本文型，去除支臂、支铰和次梁的加强筋、支臂问的连接板以及引进CATIA平台，对董箐水电站溢洪道表孔三斜支臂弧边梁加强板，这些加强部位的简化对计算精度没有太大的形工作闸门进行三维有限元分析。由于CATIA软件具有影响。强大的建模功能，广泛地应用于航空航天等领域的设计，因而应用CATIA软件对三斜支臂弧形闸门

7、进行三维建模具有优势。此外，金属结构往往仅作线弹性分析就能满足要求，普通有限元软件均能满足计算分析的精度要求。董箐水电站溢洪道工作闸门为表孔三斜支臂型弧形钢闸门。闸门尺寸l2．96mx24．5m，面板弧面半径28m，图1有限元模型图2面板网格设计水头24．5in。为了校核弧形闸门的安全l生，了解闸门在工作时的受力情况和振动特性，在CATIA平台的基础在正常挡水工况下，弧形闸门有限元模型的边界条上对弧形闸门进行三维有限元分析，计算弧形闸门在正常件如下：·63·表3自由振动频率发生在支臂处，因此在稳定性方面，支臂相对而言是薄弱模态数}j1234567环节。随着

8、模态数目的增加，屈曲系数逐渐增大。频率(Hz)0．00370．00