水力自動滾筒閘門振動特性的試驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展，在我國原本水資源短缺的北方地區(qū)，水資源供需矛盾更加突出。即便這樣，對于現(xiàn)有的水資源，有些卻不能得到合理的利用，如多泥沙洪水資源的利用就一直難以實現(xiàn)。本文研究的水力自動滾筒閘門，在泥沙淤積的情況下仍可實現(xiàn)開啟自如，有效利用洪水資源。之前的研究工作充分證實了新型水力自動滾筒閘門在泥沙淤積情況下可以自如開啟的可行性，目前為將這一構(gòu)想應用于實踐工程，須對滾筒閘體在動水壓力作用下的強度、剛度和穩(wěn)定性等工程問題進行研究。水力自動滾筒

2、閘門開啟前的閘體于靜水壓力作用下的強度、剛度和穩(wěn)定性比較容易計算。但滾筒閘門在開啟后，若要計算作用在其上的動水壓力引起的閘體振動特性，尤其是關(guān)于振動和穩(wěn)定性的設(shè)計及計算，目前為止尚未見現(xiàn)成的計算方法可供參考。本文在模型試驗和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析，研究了水力自動滾筒閘門在動水壓力作用下的變形及振動分布規(guī)律。具體如下：
　　(1)通過模型試驗，研究了在不同筒下開度和上游水深的工況下，圓筒表面各特征點在動水壓力作用下的振動加速

3、度、振動幅值及振動頻率的變化規(guī)律。
　　(2)采用數(shù)值方法模擬研究了水流中水力自動滾筒閘門的動力學特性。通過數(shù)值模擬方法將動水壓力作用在圓筒表面，進一步確定圓筒閘體表面的應力、應變分布及振動變形變化規(guī)律。對橫置于水流中滾筒閘體表面振動幅值分布情況與試驗結(jié)果進行比較研究，據(jù)此對水力自動滾筒閘門在今后的設(shè)計提供指導。
　　(3)采用數(shù)值模擬方法對浸入水中的圓柱殼體進行模態(tài)分析，確定圓柱殼體在水中的振動頻率及振型分布情況，為水力自

4、動滾筒閘門在未來的合理設(shè)計提供依據(jù)。
　　主要結(jié)論如下：
　　(1)滾筒閘體沿迎水面從圓筒頂部至底部在動水壓力作用下振動加速度分布呈先增大后減小再增大的趨勢，在圓筒中心線以下振動加速度值最小，在靠近圓筒底部及頂部振動加速度值較大。
　　(2)筒下開度h一定，圓筒表面振動位移幅值隨閘體上游水深H的升高而增大。當閘體上游水深在筒頂附近時，圓筒閘體振動位移值最大，隨后隨上游水位的繼續(xù)增高而逐漸減小。
　　(3)當閘體上

5、游水深H一定，筒下開度h變化，上游水深在筒頂以上時，圓筒閘體振動幅值隨筒下開度的增加主要呈現(xiàn)增大的趨勢。而當水面線在筒頂以下時圓筒閘體的振動隨筒下開度的增大呈減小的趨勢。
　　(4)通過加速度功率譜分析結(jié)果確定了圓筒閘體的振動主要表現(xiàn)為低頻振動，遠離脈動水壓的脈動主頻f50=，表明筒體結(jié)構(gòu)的模型試驗設(shè)計是合理的。
　　(5)通過單向及雙向流固耦合的比較分析表明，雙向流固耦合結(jié)果與實測結(jié)果更加接近，符合實際情況。最終確定采用雙