水工弧形闸门试验模态分析

试验模态分析技术在水工结构中的应用，弥补了有限元计算中采用一系列假设和边界条件与实际情况不符的不足，为解决工程问题提供了有力的手段，简述了试验模态分析技术的原理，试验方法，并对一正在运行的闸门进行了模态分析，分析表明，弧形闸门的模态参数不仅受自身材料特性的控制，同时还受到试验工况的影响；当闸门处于不利开度时，会产生中等程度的振动。另外，在振动中还存在着一定程度的复模态因素。     

水工弧形闸门动力特性的实验模态分析

本文应用实验模态分析技术,研究了水工弧形闸门的动力特性。获得了弧形门结构和水弹性耦合振动的模态参数,以及模态参数随水深的变化关系。同时,在实验方法、提高测试精度及信号处理等方面作了探讨。     

水电站弧形闸门的模态试验与分析方法

对水电站闸门的动态特性分析，通常采用有限元的方法。但由于该方法采用了一系列的假设与边界条件，使其结果有可能与实际情况不相符合。而模态分析技术引入了自动控制中的传递函数概念， 从输入和输出之间的函数关系入手， 找出系统的固有特性， 从而为解决实际工程问题提供了一个有力手段。通过对弧形闸门模型（２０∶１）用脉冲锤击法做模态试验， 求得该闸门的前七阶振型， 其试验分析结果与有限元理论计算结果相比， 取得了较好的一致性。该试验表明， 利用模态试验技术测取闸门的动态特性， 是解决闸门振动问题的有效途径。     

巴塘水电站导流洞平面闸门流激振动试验研究

针对巴塘水电站导流洞动水闭门过程中门体出现振动的问题,根据水弹性和重力相似准则建立比尺为1∶25的物理模型。通过模型试验,对平面闸门在闭门阶段的振动加速度、持住力以及门体应变等参量进行试验测定。试验结果表明:闸门在局开挡水时,水平向最大单倍位移幅值为91.974μm,振动危害较小;结构最大Mises应力值为11.32 MPa,闸门整体应力满足强度要求,平面闸门安全可靠。通过ANSYS Workbench平台对闸门进行模态分析。结果表明:干模态基频为40.05 Hz,湿模态基频为35.40 Hz,闸门挡水时脉动主频在10 Hz以内,与湿模态第1阶频率相差较大,闸门产生共振的可能性较低。本文采取的水弹性模型试验技术能够较好地反映平面闸门的动力特性,能够较为准确地预测和分析闸门的流激振动响应特性,可为类似工程的结构优化设计及运行安全监测提供参考。     

基于Workbench的泵站出口带拍门快速闸门结构研究

泵站出口快速闸门是重要的断流设备,它的结构安全直接影响到泵站机组的安全运行。本文研究的对象为带拍门的泵站出口快速闸门,利用有限元分析软件ANSYS workbench对闸门在设计水位挡水时全关状态上、下游面进行静应力和不同开度阶段的模态分析,探究闸门受力情况及前几阶模态阶数分布情况,为今后快速闸门设计提供参考,同时为日常运行管理、维护检修提供依据。     

翻板闸门流激振动模型试验及优化设计

以福鼎城区南湾防洪排涝工程C3标金属结构设备及安装工程为背景，针对其水闸翻板闸门运行过程中存在的流激振动问题，建立起闸门水工模型及弹性相似模型，采用水力学试验展开闸门脉动压力特性分析，并通过试验模态分析和空间有限元模拟技术对闸门结构动特性及自振特性等展开研究；最后提出提升翻板闸门基频及整体刚度、控制流激振动响应的优化策略，并对闸门抗振安全展开评价，可为水工翻板闸门优化设计及安全稳定运行提供借鉴参考。     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。     

基于ANSYS的护镜门振动特性分析

护镜门作为大孔口跨度的新式闸门,特殊的力学结构导致其振动特性较为复杂。以南京三汊河双孔护镜门为实例,针对闸门在动水中启闭时,闸门振动频率与闸门开度和振型阶数的关系,基于ANSYS模态分析模块,采用广义Westergaard公式模拟流固耦合中的附加质量,对于护镜门的振动特性进行研究。结果表明:在低阶模态时,考虑附加质量法的流固耦合模型基本符合真实工况;闸门有发生共振和动力失稳的风险,需要优化闸门结构和改进启闭机构。文章可为之后护镜门设计和优化提供参考。     

平面闸门流固耦合自振特性研究

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段，以保证闸门的安全，在重点考虑流固耦合引起的“附加质量”对闸门自振特性的影响的基础上，采用三维边界元的数值分析方法，获取闸门的自振频率和振型模态特性。对德清大闸定轮平面闸门的数值计算结果表明：水头对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化；闸门局部开启工况第1阶频率较低，振型主要是门叶沿竖直方向的整体振动；低阶振动模态中除门叶竖直方向的整体振动模态外，其余各阶均显示为门叶的弹性变形振动。为提高闸门自振频率，需对其结构进行优化设计。     

河湖底轴驱动翻板生态闸门静动力特性分析

底轴驱动翻板闸门作为一种新兴河道景观闸门,由于其良好的生态效益在河道水利工程中有着广泛的应用。但是该类型闸门应用时间较短,其结构设计理论尚未成熟,对相关的有限元计算方法的研究也不足。为此,以底轴驱动翻板闸门为研究对象,总结了该类型闸门数值模拟静、动力特性的分析计算方法。以某工程为例,采用CFD-CSD耦合数值计算方法探究了底轴驱动翻板闸门结构运行时在水压力作用下的静、动力特性。首先对各个开度运行工况下闸门的水压力进行数值模拟计算,进一步采用单向流固耦合方法将计算得到的水荷载施加在闸门结构上,分析得出闸门各构件应力及位移随开度的变化趋势。再对闸门结构的干、湿模态进行分析,研究闸前水体对闸门自振模态与频率的影响。研究结果表明：各构件应力和变形在闸门全关闭工况时达到最大值,闸门整体最大应力值为200.79 MPa、最大位移值为47.703 mm,应力和位移随闸门开度的增大而逐渐减小;闸门的自振特性受闸前水体的影响显著,在研究该闸门动力特性时,需要考虑流固耦合效应。     

高坝洲深孔弧门静动力原型试验研究

采用电测法对高坝洲深孔弧门的静动力特性和局部开启时弧门结构的振动响应进行了检测,确定了弧门的不利运行开度,为高坝洲深孔弧门制定安全操作规程和竣工安全鉴定提供了参考资料。     

三峡大坝导流底孔闸门流激振动水弹性模型试验研究

 为了解决三峡大坝导流底孔弧形闸门的流激振动问题,采用完全水弹性相似模型研究了闸门的流激振动。介绍了闸门振动水弹性相似原理、水弹性相似材料的性质、闸门水弹模型模态分析及模型振动试验结果。试验结果表明:闸门在无侧止水或侧止水损坏情况下淹没出流时，将产生强烈的自激振动;闸门两侧缝被封堵以后，在同样的淹没出流情况下，只产生轻微振动;闸门产生强烈振动的主要原因是闸门侧缝射流和下游紊动水流汇合后在门侧形成了自激振荡系统的结果;消除侧缝射流，就可以避免强烈的自激振动。     

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟

宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。     

水情和闸控系统动态检测装置的设计

设计一套水情和闸控系统动态检测装置，以检测即将在现场使用的水情测报系统和闸门控制系统，对提高这类系统的质量和可靠性大有好处，为此，对动态检测装置的设计思想和设计方法作了详细的论述，提出了变过去试验城静态测试为现在模拟现场动态测试的，并给出了相应的设计方案，介绍了以计算机、相应模拟装置的硬 和可编程、软件为核心的动态模拟装置，这种装置可以动态水情测报系统和闸门系统的各种现场动态指标，为这些系统提价节     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

高土石坝地震动态分布系数研究

与低坝相比，高土石坝受地基刚性的约束减弱，坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中，高阶自振周期容易与地震卓越周期迂合，高阶振型的振动易于被激发放大，从而导致坝体地震加速度沿坝高分布与低坝有所不同。现行《DL5073—1997水工建筑物抗震设计规范》对土石坝动态分布系数的规定适合于150m以下的土石坝，已不能适应高土石坝建设的发展需要。因此，利用反应谱法，研究了高土石坝地震动态分布系数，得到了随着坝高的增加，振型数目、高阶周期与地震卓越周期的迂合几率以及加速度分布的变化规律，最终给出了坝高大于150m的土石坝的切速度分布。     

考虑闸墩弹性效应的弧形闸门流激振动数模-物模联合预测与安全分析

通过试验和数模对闸门流激振动响应仿真模拟是研究闸门振动的一种有效方法。以某水电站泄洪底孔弧形闸门为具体研究对象,根据模型试验要求设计了水力学和水弹性模型,进行了支铰力荷载量测和流激振动响应试验,分析了泄流条件和闸门、闸墩振动的关系,同时将试验所得荷载分别施加于闸门—闸墩耦合数值模型和将闸墩处理成刚性约束的数值模型进行动力响应计算。通过对比分析,认为闸墩振动对闸门动应力和垂向动位移影响较小,但对闸门水平向和侧向动位移影响较大。最后结合数模和物模对闸门振动进行了安全分析。     

我国大跨度闸门应用趋势与抗振对策

在分析我国大跨度闸门研制开发进展、应用现状和趋势的基础上,指出大跨度闸门的研发和应用既丰富和提高了我国水利工程建设水平和挡泄水结构的多样性,又表明我国的金属结构设计和制造水平得到显著提高,但由于结构尺寸的增大和运行方式的不同,闸门结构的流激振动问题也日益突出,成为影响工程安全运行必须考虑的首要问题之一.为此,文中阐述了各类新型闸门的运行特征和流激振动特点,给出闸门结构的动态优化和振动控制措施.     

三峡水利枢纽导流底孔闸门泄流振动监测与分析

对三峡水利枢纽工程导流底孔闸门动力安全监测资料作了介绍与分析,其中包括闸门的动力特性和在设计水位条件下闸门在动水启闭过程中的振动加速度、振动位移、动静应力、脉动压力和启闭力的监测成果。监测成果表明闸门的自振频率监测成果与闸门水弹性模型试验成果很接近,振型相同;在动水开门和关门过程中,闸门在小开度时,下游面底缘的脉动压力较大;闸门门叶和支臂的振动小开度比大开度的大,未出现危害性振动,各测点的振动位移和振动应力都比较小,闸门振动是安全的。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

水力自动滚筒闸门是一种新型水力自动闸门，它利用水压力产生的推动力矩、闸门自重以及闸门配重产生的回复力矩进行自动启闭，以实现水流的自动调节、运行和排沙。鉴于对该类闸门的水力特性还没有充分研究，本文利用RNG 湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟，并对自由水面引入了水－气两相流分层理论中的流体体积分数法（VOF）迭代求解。通过数值模拟，得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的受力，并与模型试验实测结果进行对比分析，两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用推广，同时，所得结果对水力自动滚筒闸门的设计具有指导意义。