基于ANSYS平面闸门的自振特性研究.pdf

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1、·信息技术·许敏，等·基于ANSYS平面闸门的自振特性研究基于ANSYS平面闸门的自振特性研究许敏，薛惠芳(南京工业大学机械与动力工程学院。江苏南京210009)摘要：以某水利工程平面闸门的动力学问题为背景，考虑流一固耦合对闸门结构自振特性的影响，应用大型有限元分析软件ANSYS对平面闸门的自振特性进行分析研究。建立了该平面闸门的实体模型和有限元模型，分析了平面闸门在无水和有水状态下的振动特性，并计算出了闸门的自振频率和振型。结果表明：水体高度对平面闸门自振频率和振型有着显著影响，尤其是对低阶的振动频率更为显著。关键词：平面闸门；ANSYS；模态分析；自振特性；流一固耦合中

2、图分类号：TP311文献标志码：A文章编号：1671-5276(2012)O1-0109-02ResearchonSelf-vibrationCharacteristicsofPlaneGateBasedonANSYSXUMin，XUEHui-fang(SchoolofMechanicalandPowerEngineeringofNanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)Abstract：Thispapertakesthewaterconservancyprojectplanegatedynamicproblemsf

3、orexample，considersfluidstructurecog-piingandusesFEMsoftwareANSYStoresearchontheself—vibrationcharacteristicsoftheplanegate，buildstheentitymodelandfi-niteelementmodelofthevane，analyzesthevibrationcharacferisticsofplanegatewithoutwaterorwiththewaterconditioncalcu-latestheitsself—vibrationfr

4、equencyandmakesthevibrationmode．Theresultsshowthatwaterheighthasasignificantimpactontheplanegatevibrationfrequencyandmodeshape，vibrationfrequencyofthelow-levelimpactisparticularlysignificant．Keywords：planegate；ANSYS；modalanalysis；self-vibrationcharacteristics；fluidstructurecoupling结果做出补充。0

5、引言1计算方法和基本方程平面闸门是水工建筑物中应用最为广泛的闸门型式之一。平面闸门有着结构简单，其制造、安装和运输工作1．1平面闸门在空气中的模态分析相对来说比较简便等优点。近年来随着高水头水工建筑物的发展，平面闸门面临所需的启闭力更大，具有影响水平面闸门结构按空间体系考虑，采用有限元分析，系流的门槽，需要较高和较厚的闸墩等问题，其应用受到了统经离散后其运动可用如下线性常系数矩阵微分方程表一定的限制。平面闸门在启闭的过程中或是在局部开启示：的工作状态下，往往会发生振动，其振动有时可能会达到[]{U}+[c]{U}+[K]{U}={F}(1)相当严重的程度，以致造成闸门结构及

6、周围建筑物的振动其中，[]、[]和[]分别表示结构的质量矩阵、阻尼破坏。矩阵和刚度矩阵，{U}表示节点位移向量，{F}表示外激闸门振动是一种特殊的水力学问题，涉及水流条件、励载荷。闸门结构及其相互作用，属流体诱发振动J。因为流体当求解结构的模态特性时，实际研究的是无阻尼自由与闸门结构是相互作用的，导致闸门振动的机理非常复振动系统，其控制方程可简化如下：杂，至今没有一个比较成熟的理论研究加以解决。但总体[]{U}+[K]{U}=0(2)而言，闸门振动按其诱发原因可以分为受迫振动和自激振动。在工程实际及理论分析中一般采用在总质量矩阵中1．2平面闸门在水中的模态分析附加水质量的方

7、法来近似考虑流体对结构的作用，以在研究流一固耦合问题中，结构的动力学方程需要与此达到解耦的目的，附加质量的估算要依据外形和自由度流体的Navier．Stokes方程同时进行考虑。方向选择相应的估算公式，对复杂外形结构的建模会很困考虑流体作用时结构的自由振动方程可表示为：难，具有一定的局限性。针对平面闸门的自振特性问题，本文研究了用AN．[]{U}+[K]{U}-_[]{P}(3)SYS非对称法解决复杂结构一流体相互作用的动力学问假设流体为可压缩、无粘的静水，且平均密度在整个题，并且利用全尺寸模型进行模态的有限元分析