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弧形钢闸门支臂弦杆结构优化布置研究
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作者 王晨 刘亚坤 +1 位作者 张帝 曹泽 《人民黄河》 北大核心 2025年第4期145-151,共7页
基于特征屈曲分析方法理论,考虑弦杆结构材料利用率,采用数值模拟方法对无弦杆、单弦杆、双弦杆支臂稳定性进行计算,分析弦杆位置、数量和截面特性对钢闸门支臂稳定性的影响,提出弦杆结构优化布置方案,在此基础上对钢闸门支臂整体稳定... 基于特征屈曲分析方法理论,考虑弦杆结构材料利用率,采用数值模拟方法对无弦杆、单弦杆、双弦杆支臂稳定性进行计算,分析弦杆位置、数量和截面特性对钢闸门支臂稳定性的影响,提出弦杆结构优化布置方案,在此基础上对钢闸门支臂整体稳定性进行有限元分析。结果表明:对于单弦杆支臂,弦杆与支铰的距离/支臂总长度(l/m)取0.60~0.75时,支臂单位质量承载力最大;远离支铰端布置双弦杆可提高支臂单位质量承载力,但是弦杆间距不宜过大。从支臂弦杆结构尺寸分析,弦杆宽高比取值为1.4时,支臂整体稳定性较好;支臂翼缘/腹板厚度(t_3/t_4)的取值对其单位质量承载力基本无影响,布置时主要考虑使支臂满足局部稳定性即可。增加弦杆后可提升钢闸门刚度、改善应力状态,主要使支臂的最大等效应力发生变化,即单弦杆支臂比无弦杆支臂减小8.44%,双弦杆支臂比无弦杆支臂减小12.99%。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 支臂弦杆 有限元分析 单位质量承载力 优化布置
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弧形钢闸门支臂受冲击荷载的非线性动力分析
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作者 董静 白宇航 +1 位作者 裴多菲 张俊发 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第1期133-144,共12页
为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题,预估闸门可能出现的破坏模式,以某水电站的弧形钢闸门为研究对象,采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下,支臂受浮木冲击的过程,得到并分析弧形钢闸门... 为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题,预估闸门可能出现的破坏模式,以某水电站的弧形钢闸门为研究对象,采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下,支臂受浮木冲击的过程,得到并分析弧形钢闸门支臂不同位置受冲击时的冲击力、位移及闸门整体的变形特征。结果表明,闸门破坏过程为受冲击的支臂或其斜杆首先发生面外失稳,随后靠近失稳支臂侧的闸门向铰支座方向移动,导致另一支臂承担的水压荷载瞬间增大而被压溃,最终导致闸门整体失稳破坏。随着浮木质量和冲击能量增加,受冲击位置受到的力和位移随之增大。当冲击能量较小时,即使支臂受冲击部位应力超过钢材屈服应力,闸门仍具有一定的稳定性;闸门支臂不同部位所能承受的最大冲击能量差异较大,冲击支臂近铰支座处位置易引起闸门结构失稳破坏;堰上水头越高,闸门支臂受冲击时越容易失稳。研究结果可为闸门受冲击时的安全性和闸门较易失稳构件的评判提供参考。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 钢闸门支臂 动力响应 静水压力 等效应力
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白鹤滩导流底孔弧形工作闸门流激振动原型观测研究
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作者 段杭 张文远 +2 位作者 柯传芳 杨帆 张宏伟 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期137-140,共4页
白鹤滩导流底孔工作弧门设计水头120 m,在电站蓄水期间,随着上游水位的不断升高,工作弧门局部开启运行时承受的水压力荷载也不断增大,因此在高水头运行条件下底孔工作弧门局开运行可能存在流激振动问题。为确保蓄水期间底孔工作弧门局... 白鹤滩导流底孔工作弧门设计水头120 m,在电站蓄水期间,随着上游水位的不断升高,工作弧门局部开启运行时承受的水压力荷载也不断增大,因此在高水头运行条件下底孔工作弧门局开运行可能存在流激振动问题。为确保蓄水期间底孔工作弧门局开运行的安全,选取白鹤滩水电站#6导流洞工作弧门在715.0-733.0 m水位之间(闸门工作水头在85.0-103.0 m之间)局部开启运行条件下,现场观测底孔工作弧门运行期间门体不同部位振动情况,分析了导流底孔运行过程中出现的异响及边墙破坏情况,得出高速水流诱发门后边墙的空蚀破坏问题不容忽视。根据观测结果及时做出预警,对类似工程工作弧门和导流底孔的运行管理具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 白鹤滩水电站 导流底孔 弧形工作闸门 流激振动 空化空蚀 原型观测
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基于GAF变换和TM-CNN的水工钢闸门损伤识别
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作者 李向阳 张钰奇 +1 位作者 铁瑛 李帅 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第9期207-214,222,共9页
针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题,提出了一种基于格拉姆角场(Gramian Angular Fields,GAF)变换和双流多通道卷积神经网络(Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network,TM-CNN)的闸门损... 针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题,提出了一种基于格拉姆角场(Gramian Angular Fields,GAF)变换和双流多通道卷积神经网络(Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network,TM-CNN)的闸门损伤识别方法。该方法将不同损伤状态下采集的一维振动信号经过GAF变换转换为二维图像并以此图像训练TM-CNN,建立闸门振动信号到损伤状态的映射关系来实现损伤识别。闸门损伤实验结果显示,所提方法在闸门单点和多点损伤实验中的识别准确率分别为98.04%和99.88%,且对低程度损伤类型的识别能力较好,单点和多点实验中5%程度损伤状态的AUC均值分别为0.999 6和1。实验结果验证了通过深度学习对被测物体振动信号进行分类的损伤识别方法应用于闸门上是可行的,对于水工闸门的健康监测研究具有重大意义。 展开更多
关键词 水工闸门 损伤识别 格拉姆角场 卷积神经网络
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基于ANSYS的三支臂弧形闸门支臂补强后强度校核及稳定性分析
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作者 王佩 涂从刚 王孟雪 《广东水利水电》 2025年第1期36-41,共6页
在役工程三支臂弧形工作闸门在建设时期由于事故原因支臂部位变形损坏,后经校正、修复补强后正常运行20余年。该闸门关系到溢洪道的泄洪安全,也与整个工程的安全密切相关,为了分析该闸门的安全性能,结合支臂的加固部位变形情况,对闸门... 在役工程三支臂弧形工作闸门在建设时期由于事故原因支臂部位变形损坏,后经校正、修复补强后正常运行20余年。该闸门关系到溢洪道的泄洪安全,也与整个工程的安全密切相关,为了分析该闸门的安全性能,结合支臂的加固部位变形情况,对闸门的支臂强度及稳定性进行验算。综合分析结果表明,支臂强度与稳定性均满足规范要求,为类似工程金属结构的维护和检修提供借鉴,同时复核计算也为后续开展实测闸门各构件的应力提供技术基础。 展开更多
关键词 三支臂弧形闸门 修复补强 强度校核 支臂稳定性 应力测试
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基于有限元的分节弧形闸门螺栓群力学响应机理与疲劳分析
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作者 周宇翔 蔡伟 杨文 《中国港湾建设》 2025年第10期22-29,共8页
为解决分节弧形闸门螺栓群受力情况不明确的问题,研究螺栓群的力学响应机理与疲劳特性。通过有限元分析软件,明确在不同闸门开度下螺栓群的受力状况,并采用联合仿真方法进行疲劳分析。结果表明,批量梁连接建模方法能高效且准确地实现螺... 为解决分节弧形闸门螺栓群受力情况不明确的问题,研究螺栓群的力学响应机理与疲劳特性。通过有限元分析软件,明确在不同闸门开度下螺栓群的受力状况,并采用联合仿真方法进行疲劳分析。结果表明,批量梁连接建模方法能高效且准确地实现螺栓群建模和分析;在不同开度下,静态加载与稳态流固耦合方法所得轴向应力结果相近,推荐使用静态加载方法以提高效率。疲劳分析确定了闸门启闭过程中的螺栓寿命,并通过联合仿真显著提升分析效率,引入贝叶斯优化算法后进一步增强了疲劳分析的可靠性。 展开更多
关键词 闸门螺栓群 流固耦合 疲劳分析 联合仿真
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水工弧形闸门流激振动分析 被引量:18
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作者 刘亚坤 倪汉根 +1 位作者 叶子青 刘永林 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期730-734,共5页
采用模型试验和数值模拟相结合的方法,分析和评价了水工弧形闸门的流激振动.在水力模型试验中,采用自制面压力量测装置,同步测量了各面脉动压力的历时过程,避免了点压力到面压力的转换.同时,将试验得到的脉动压力作为荷载过程,应用AN S... 采用模型试验和数值模拟相结合的方法,分析和评价了水工弧形闸门的流激振动.在水力模型试验中,采用自制面压力量测装置,同步测量了各面脉动压力的历时过程,避免了点压力到面压力的转换.同时,将试验得到的脉动压力作为荷载过程,应用AN SY S软件计算了在各种开度下闸门的振动反应过程.结合工程实例分析研究发现弧形闸门在有水和无水时的自振特性不同,流场对闸门自振特性的影响较大,闸门在不同开度下自振频率略有变化. 展开更多
关键词 弧形闸门 流激振动 脉动压力 自振特性 时程反应
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基于ANSYS的遗传算法在水工弧形钢闸门优化设计中的应用 被引量:12
8
作者 蔡元奇 彭波 +3 位作者 朱以文 李建清 范国芳 沈健 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期50-53,共4页
提出了自适应概率的大变异操作,并以大型有限元软件ANSYS为工作平台,利用APDL语言直接实现了遗传算法,改善了遗传算法在小群体规模时容易出现的“早熟”现象,并成功地应用到水工弧形钢闸门的优化设计中,取得了理想结果,为遗传算法在大... 提出了自适应概率的大变异操作,并以大型有限元软件ANSYS为工作平台,利用APDL语言直接实现了遗传算法,改善了遗传算法在小群体规模时容易出现的“早熟”现象,并成功地应用到水工弧形钢闸门的优化设计中,取得了理想结果,为遗传算法在大型实际工程优化中的应用提供了成功的例证. 展开更多
关键词 遗传算法 大变异操作 水工弧形钢闸门 优化设计
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弧形钢闸门结构整体优化设计 被引量:11
9
作者 蔡元奇 李建清 +2 位作者 朱以文 彭波 吴全本 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期20-23,共4页
对闸门结构的优化多将其简化为平面体系或者分别对各构件进行优化,而各构件的最优往往不能等同于结构整体最优.利用APDL语言对ANSYS进行二次开发,融合了有限元法数值计算的准确性和优化方法求极值的高效性,按真实的三维情况对闸门进行... 对闸门结构的优化多将其简化为平面体系或者分别对各构件进行优化,而各构件的最优往往不能等同于结构整体最优.利用APDL语言对ANSYS进行二次开发,融合了有限元法数值计算的准确性和优化方法求极值的高效性,按真实的三维情况对闸门进行优化设计,成功解决了弧形钢闸门的三维优化问题,为优化设计的工程应用提供了一种方法. 展开更多
关键词 弧形闸门 优化设计 整体优化 SUMT优化算法
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弧形闸门流激振动的物模—数模预报 被引量:10
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作者 倪汉根 刘永林 +1 位作者 刘斌 刘亚坤 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2005年第1期24-32,共9页
介绍了弧形闸门流激振动的物模—数模预报方法,即用重力相似的水力模型测定与有限元计算相应的各面板单元上的脉动压力,再用有限元动力计算确定结构响应;应用复变函数理论确定了弧门径向运动时的水体附加质量分布,给出了相应的经验表达... 介绍了弧形闸门流激振动的物模—数模预报方法,即用重力相似的水力模型测定与有限元计算相应的各面板单元上的脉动压力,再用有限元动力计算确定结构响应;应用复变函数理论确定了弧门径向运动时的水体附加质量分布,给出了相应的经验表达式;用物模—数模方法预报了作用在石佛寺水库弧形闸门上的面脉动压力及弧门振动特性。 展开更多
关键词 弧形闸门 流激振动 振动预报 附加质量
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基于量纲分析的弧形闸门过流公式及其应用 被引量:10
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作者 崔巍 陈文学 +1 位作者 王晓松 王琦 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2012年第5期91-93,131,共4页
分析了常规弧形闸门过流公式使用中存在的不足,在阐述基于量纲分析的弧形闸门无量纲关系式的基础上,进一步推导出弧形闸门过流公式,分析了其参数率定方法。将基于量纲分析的弧形闸门过流公式应用于某水利工程弧形闸门的水工物理模型试验... 分析了常规弧形闸门过流公式使用中存在的不足,在阐述基于量纲分析的弧形闸门无量纲关系式的基础上,进一步推导出弧形闸门过流公式,分析了其参数率定方法。将基于量纲分析的弧形闸门过流公式应用于某水利工程弧形闸门的水工物理模型试验中,使用试验数据率定其过流公式参数,并校验了率定精度。理论分析与试验结果表明,与常规的弧形闸门过流公式相比较,基于量纲分析的弧形闸门过流公式更为简单方便,参数率定精度更高,而率定所需的工作量大大减少。 展开更多
关键词 水力学 弧形闸门 过流公式 量纲分析法
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高水头弧形闸门伸缩式水封的黏弹性仿真计算方法 被引量:6
12
作者 刘礼华 熊威 +1 位作者 顾因 张宏志 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第9期1147-1150,共4页
认为止水材料的蠕变和应力松弛是由于材料参数的变化而引起的,把描述橡胶类材料应变能密度函数中的物理参数假设成与时间有关的黏弹性函数。在此基础上改进材料应力张量与应变张量的关系式,得到了改进的Mooney-Rivlin公式,给出了一种考... 认为止水材料的蠕变和应力松弛是由于材料参数的变化而引起的,把描述橡胶类材料应变能密度函数中的物理参数假设成与时间有关的黏弹性函数。在此基础上改进材料应力张量与应变张量的关系式,得到了改进的Mooney-Rivlin公式,给出了一种考虑止水材料黏弹性性质的伸缩式水封仿真计算方法。分析得出,止水材料由于受周边结构的限制,材料黏弹性阶段除顶点垂直位移不变,关键结点的其它位移并没有因材料的蠕变而显著变化,材料的蠕变有提高封头顶点接触应力的趋势,不会降低水封的水密性。通过工程实例,给出了140m水头下、封头与面板间隙控制在30mm内的可行并较优的伸缩式水封的断面。 展开更多
关键词 止水材料 黏弹性 止水元件 时程分析 改进的Mooney-Rivlin公式
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弧形钢闸门支臂的空间屈曲荷载影响因素的研究 被引量:13
13
作者 曹青 才君眉 王光纶 《水力发电》 北大核心 2002年第1期33-36,共4页
在材料线弹性范围内 ,运用屈曲问题的有限单元法 ,采用MSC公司开发的大型结构分析软件NASTRAN ,探讨各种因素对弧形闸门支臂空间极限承载力的影响规律 ,获得了支臂腹杆和弦杆的最佳布置方式。通过实例分析指出 ,支臂杆的截面特性、支臂... 在材料线弹性范围内 ,运用屈曲问题的有限单元法 ,采用MSC公司开发的大型结构分析软件NASTRAN ,探讨各种因素对弧形闸门支臂空间极限承载力的影响规律 ,获得了支臂腹杆和弦杆的最佳布置方式。通过实例分析指出 ,支臂杆的截面特性、支臂腹杆的布置方式、弦杆的布置位置、上下支臂的作用荷载及支铰约束等因素对支臂空间极限承载力都有影响 。 展开更多
关键词 支臂 弹性屈曲 极限承载力 弧形闸门 钢闸门
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漫湾弧形闸门三维有限元应力分析 被引量:15
14
作者 朱方 段克让 曹以南 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 1993年第4期22-32,共11页
本文对漫湾弧形闸门作了三维有限元应力计算,并给出了弧门控制点处的位移和应力。计算结果表明,象漫湾闸门这样的大型弧门结构,只按照闸门规范制订的平面体系来进行结构计算是不够的,其计算结果已不再偏于安全。文中对空间有限元计算结... 本文对漫湾弧形闸门作了三维有限元应力计算,并给出了弧门控制点处的位移和应力。计算结果表明,象漫湾闸门这样的大型弧门结构,只按照闸门规范制订的平面体系来进行结构计算是不够的,其计算结果已不再偏于安全。文中对空间有限元计算结果做了分析,并和平面体系的手算结果作了比较,并依此说明现行规范中的结构计算所存在的缺陷。 展开更多
关键词 弧形闸门 三维有限元 应力计算
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某水电站大孔口深孔弧形闸门设计探讨 被引量:6
15
作者 王兴恩 陆一婷 杨清华 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2013年第8期73-77,共5页
某水电站地处寒冷地区,由高坝大库组成,在预可研前期泄水系统作了放空洞参与施工度汛的方案。该方案设置的中层放空洞弧门孔口尺寸大、挡水及运行水头高,设计难度大。因此,以传统的设计思路,不仅其门叶、支臂、支铰的制造、运输及安装... 某水电站地处寒冷地区,由高坝大库组成,在预可研前期泄水系统作了放空洞参与施工度汛的方案。该方案设置的中层放空洞弧门孔口尺寸大、挡水及运行水头高,设计难度大。因此,以传统的设计思路,不仅其门叶、支臂、支铰的制造、运输及安装难度大,而且其启闭设备的技术水平要求也很高,实现的难度大。加之,若其水封采用技术成熟、经济性较好的充压式止水型式在低温情况下存在管路冻住失效的风险,不利于弧门的安全运行。因而,本文针对以上问题对该大孔口深孔弧形闸门的结构、水封、门槽及启闭设备型式进行了分析比较,并提出相应的解决方案,可为后续类似弧形闸门的设计提供一些借鉴和参考。 展开更多
关键词 弧形闸门 框架结构 支铰 轴承 水封 偏心铰 门槽 液压启闭机
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弧形钢闸门的静力分析 被引量:14
16
作者 曹青 才君眉 王光纶 《水力发电》 北大核心 2005年第3期64-66,共3页
以密云水库第二溢洪道弧门改建工程为背景,对弧门的设计方案运用两种方法分别进行了静力应力分析,一种为规范规定的对水平∏形框架结构计算的平面体系方法,另一种为空间体系的有限单元法。对两种方法计算结果进行了分析对比,得出重力和... 以密云水库第二溢洪道弧门改建工程为背景,对弧门的设计方案运用两种方法分别进行了静力应力分析,一种为规范规定的对水平∏形框架结构计算的平面体系方法,另一种为空间体系的有限单元法。对两种方法计算结果进行了分析对比,得出重力和空间效应对弧门应力情况有较大的影响,对弧门的设计和管理有一定的参考价值。 展开更多
关键词 弧形闸门 静力分析 有限单元法
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水工弧形闸门的水弹性耦合自振特性研究 被引量:16
17
作者 严根华 阎诗武 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 1990年第7期49-55,共7页
本文应用数值计算和实验研究相结合的方法研究了水工弧形闸门的动态特性.首先应用边界元、有限元混合法计算了弧门水弹性耦合自振特性,嗣后,应用实验模态分析方法进行了动特性试验研究.获得了弧门的固有频率随水深增加而减少及模态阻尼... 本文应用数值计算和实验研究相结合的方法研究了水工弧形闸门的动态特性.首先应用边界元、有限元混合法计算了弧门水弹性耦合自振特性,嗣后,应用实验模态分析方法进行了动特性试验研究.获得了弧门的固有频率随水深增加而减少及模态阻尼、质量随水深增加而增加的变化规律. 展开更多
关键词 弧形 闸门 水弹性 耦合 振动
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新政航电泄洪弧形闸门水动力特性模型试验研究 被引量:14
18
作者 李火坤 练继建 杨敏 《中国农村水利水电》 北大核心 2006年第10期61-65,共5页
水流诱发闸门振动是水利工程中一项重要研究课题。根据闸门流激振动水弹性试验模拟原理,结合嘉陵江新政航电泄洪弧形闸门设计了水弹性模型。并在此基础之上进行了不同开启程度的闸门水动力荷载测量试验以及流激振动应力、位移响应试验,... 水流诱发闸门振动是水利工程中一项重要研究课题。根据闸门流激振动水弹性试验模拟原理,结合嘉陵江新政航电泄洪弧形闸门设计了水弹性模型。并在此基础之上进行了不同开启程度的闸门水动力荷载测量试验以及流激振动应力、位移响应试验,并对该闸门进行了动力安全分析,提出了避免闸门产生有害振动的措施和建议。 展开更多
关键词 弧形闸门 水弹性模型 流激振动 响应
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水工弧形钢闸门动力不稳定性研究 被引量:3
19
作者 刘永林 倪汉根 +1 位作者 刘斌 刘亚坤 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期93-97,共5页
定量估计了3种情况下弧形钢闸门支臂动力失稳的可能性:小开度、支臂与面板联接处无切向位移与侧向位移,主梁相对挠度<1/600,Iax>Iay/3且闸门下游无旋滚时不会形成参数共振;大开度、支臂与面板联接处有侧向位移时,深孔弧形门容易... 定量估计了3种情况下弧形钢闸门支臂动力失稳的可能性:小开度、支臂与面板联接处无切向位移与侧向位移,主梁相对挠度<1/600,Iax>Iay/3且闸门下游无旋滚时不会形成参数共振;大开度、支臂与面板联接处有侧向位移时,深孔弧形门容易引起参数共振,表孔弧形门不易形成参数共振;小开度、支臂与面板联接处有切向位移,两种负阻尼同时存在,若单位挡水面积上用钢量不足,有可能使负阻尼大于结构阻尼导致支臂动力失稳.给出了判断动力失稳所必须的弧形闸门结构阻尼比的原型观测结果,它表明表孔弧形闸门的结构阻尼比是很小的. 展开更多
关键词 弧形闸门 结构阻尼 负阻尼比 参数共振 自激振动 动力不稳定性
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龙羊峡水电站表孔弧形闸门原型试验研究 被引量:4
20
作者 徐建光 李长和 +1 位作者 王延斌 简政 《水力发电》 北大核心 2004年第5期28-31,共4页
针对龙羊峡水电站表孔弧形闸门存在的振动和异常声响问题,通过闸门的制作安装精度检测、启闭力测试、模态测试、动力响应测试、声响测试等原型试验,对闸门振动原因和特性、启闭力不均衡问题、支臂的应力应变特性、异常声响的原因和特性... 针对龙羊峡水电站表孔弧形闸门存在的振动和异常声响问题,通过闸门的制作安装精度检测、启闭力测试、模态测试、动力响应测试、声响测试等原型试验,对闸门振动原因和特性、启闭力不均衡问题、支臂的应力应变特性、异常声响的原因和特性等进行深入的研究。研究成果表明:①闸门在强振区的振动主要是变形模量小的水封的振动,水封振动的原因是闸门轨道存在严重偏差和铰轴同心度超标;②异常声响主要是两个铰轴同心度的偏差相对较大和铰轴与轴套之间存在干摩擦所致;③门体振动、支臂应力应变和启闭力的交替变化、铰轴异常声响之间都有密切关系,闸门在强振区的主要频率(1号门约4Hz;2号门约3Hz)基本一致。 展开更多
关键词 弧形闸门 振动 声响 原型试验 龙羊峡水电站
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