水力自動(dòng)滾筒閘門振動(dòng)特性的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展，在我國(guó)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(duì)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(shí)現(xiàn)。本文研究的水力自動(dòng)滾筒閘門，在泥沙淤積的情況下仍可實(shí)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(shí)了新型水力自動(dòng)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(yīng)用于實(shí)踐工程，須對(duì)滾筒閘體在動(dòng)水壓力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等工程問題進(jìn)行研究。水力自動(dòng)滾筒

2、閘門開啟前的閘體于靜水壓力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性比較容易計(jì)算。但滾筒閘門在開啟后，若要計(jì)算作用在其上的動(dòng)水壓力引起的閘體振動(dòng)特性，尤其是關(guān)于振動(dòng)和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)及計(jì)算，目前為止尚未見現(xiàn)成的計(jì)算方法可供參考。本文在模型試驗(yàn)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(dòng)滾筒閘門在動(dòng)水壓力作用下的變形及振動(dòng)分布規(guī)律。具體如下：
　　(1)通過模型試驗(yàn)，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(diǎn)在動(dòng)水壓力作用下的振動(dòng)加速

3、度、振動(dòng)幅值及振動(dòng)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(dòng)滾筒閘門的動(dòng)力學(xué)特性。通過數(shù)值模擬方法將動(dòng)水壓力作用在圓筒表面，進(jìn)一步確定圓筒閘體表面的應(yīng)力、應(yīng)變分布及振動(dòng)變形變化規(guī)律。對(duì)橫置于水流中滾筒閘體表面振動(dòng)幅值分布情況與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較研究，據(jù)此對(duì)水力自動(dòng)滾筒閘門在今后的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　(3)采用數(shù)值模擬方法對(duì)浸入水中的圓柱殼體進(jìn)行模態(tài)分析，確定圓柱殼體在水中的振動(dòng)頻率及振型分布情況，為水力自

4、動(dòng)滾筒閘門在未來的合理設(shè)計(jì)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(dòng)水壓力作用下振動(dòng)加速度分布呈先增大后減小再增大的趨勢(shì)，在圓筒中心線以下振動(dòng)加速度值最小，在靠近圓筒底部及頂部振動(dòng)加速度值較大。
　　(2)筒下開度h一定，圓筒表面振動(dòng)位移幅值隨閘體上游水深H的升高而增大。當(dāng)閘體上游水深在筒頂附近時(shí)，圓筒閘體振動(dòng)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(dāng)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(shí)，圓筒閘體振動(dòng)幅值隨筒下開度的增加主要呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。而當(dāng)水面線在筒頂以下時(shí)圓筒閘體的振動(dòng)隨筒下開度的增大呈減小的趨勢(shì)。
　　(4)通過加速度功率譜分析結(jié)果確定了圓筒閘體的振動(dòng)主要表現(xiàn)為低頻振動(dòng)，遠(yuǎn)離脈動(dòng)水壓的脈動(dòng)主頻f50=，表明筒體結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)測(cè)結(jié)果更加接近，符合實(shí)際情況。最終確定采用雙