水電站廠房結(jié)構(gòu)精確建模和機墩振動特性研究.pdf

1、隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，利用有限元分析軟件進行結(jié)構(gòu)計算已經(jīng)在工程項目和科學研究中廣泛應用。同樣，在水利工程項目中，利用ANSYS，ABAQUS等商業(yè)軟件構(gòu)建水電站廠房和壩體結(jié)構(gòu)有限元模型從而進行靜動力結(jié)構(gòu)計算和分析也已經(jīng)非常普遍。本文結(jié)合有限元分析軟件已經(jīng)廣泛應用在工程和科研中的時代背景，針對有限元分析軟件在水利工程項目的應用中可能會遇到的問題進行探索和研究。同時也利用ANSYS對廠房結(jié)構(gòu)中的主要支撐結(jié)構(gòu)—機墩進行動力特性分析，對機墩

2、自振特性和動力響應與機墩厚度的關(guān)系進行了研究和總結(jié)。具體研究內(nèi)容有：
　　為了更好地運用有限元分析軟件ANSYS模擬水電站廠房結(jié)構(gòu)，對如何準確地模擬板梁柱結(jié)構(gòu)進行了探索。分別對板結(jié)構(gòu)、短柱結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)進行了模擬計算和研究,并通過有限元計算得出了實體單元與板梁單元在模擬板梁柱結(jié)構(gòu)時的相同和區(qū)別之處。結(jié)論表明由于“剪切閉鎖”的現(xiàn)象存在，實體單元并不能準確模擬所有結(jié)構(gòu)的靜動力行為，而板梁單元也只有在模擬特定的某種結(jié)構(gòu)時能夠保證準確度。本

3、文對如何運用ANSYS更加準確地模擬水電站廠房構(gòu)件靜動力行為進行了初步的探索。
　　本文針對MPC法連接不同自由度單元的有效性進行了模型實驗，建立了六組十八例計算方案，分別對模型進行了靜力計算，模態(tài)計算和諧響應計算。以此來探究MPC法在靜力與動力計算中的有效性。并且關(guān)于網(wǎng)格劃分方式對MPC法計算結(jié)果的影響同樣進行了模型實驗，結(jié)論如下：MPC法可以準確地連接體單元與殼單元，體單元與梁單元，梁單元與殼單元。組合結(jié)構(gòu)的靜動力行為都有良好

4、的表現(xiàn)。當用MPC法連接實體單元與殼單元時，殼單元上連接處的節(jié)點相當于被全約束，而連接梁單元與體單元或殼單元時，梁單元上連接處的節(jié)點相當于被全約束。在使用MPC法連接的組合結(jié)構(gòu)模型中，連接處的網(wǎng)格劃分方式對計算結(jié)果影響很小，建議在保證基本計算精度的基礎上減少節(jié)點數(shù)，這樣可以減小計算量加快計算速度。
　　機墩組合結(jié)構(gòu)是水電站主廠房中重要的混凝土結(jié)構(gòu)。因為機墩結(jié)構(gòu)的強度、剛度和抗振穩(wěn)定性等靜動力結(jié)構(gòu)特性對機組的穩(wěn)定運行有著決定性的影響

5、，所以在工程中需要機墩結(jié)構(gòu)具有良好的抗振性能以滿足對工程安全性的需要。本文從規(guī)范解和有限元解兩方面出發(fā)，通過改變機墩的外徑尺寸觀察結(jié)構(gòu)自振特性和振動響應的變化規(guī)律。得出結(jié)論如下：由于規(guī)范中對機墩結(jié)構(gòu)進行了諸多簡化，因此規(guī)范解與實際有限元計算的解相差較大。在機墩結(jié)構(gòu)的自振頻率計算解中，機墩的第一階自振頻率隨著外徑尺寸的增大而增大，說明機墩剛度對第一階自振頻率的影響要大于質(zhì)量所帶來的影響。而在機墩結(jié)構(gòu)的諧響應計算解中，當外部激勵頻率特定時，