基于基因表达式编程算法的数据驱动型平板闸门流量计算方法

灌区是国家水网建设的重要内容,精准量测和控制过闸流量过程是灌区用水管理的关键。为实时获取高精度的平板闸门过流量,以物理试验为基础,首先采用仿真模型分析了不同工况下闸前闸后流线与流速分布、水深-流量变化关系,其次,以仿真模型的模拟结果作为训练集,采用基因表达式编程算法(Gene Expression Programming,GEP)构建了融合闸前/后水深与开度的闸门过流量算法,并以更多的仿真模型模拟结果作为测试集,对比分析了该算法的性能。结果表明:①fluent数值模拟能在不同闸门开度和流量组合下重现复杂流线和流速分布过程,且模拟的流量过程与实测结果拟合良好,但效率低下,无法满足实际闸控的实时性需求;②GEP算法能够保持仿真模型的精度,且能达到实时计算;③与存在多个率定参数的经典闸孔出流分段公式相比,无任何率定参数的GEP算法的精度更高;④以仿真模型的模拟结果为基准,GEP算法比BP神经网络的精度更高、泛化性更好。因此,GEP算法更适宜平板闸门过流量的计算,可为灌区用水管理提供技术支撑。

滑坡涌浪作用下某电站事故闸门动力响应分析

滑坡涌浪可能造成闸门大变形和失稳,研究某电站进水口事故闸门在滑坡涌浪动水压力作用下的动力响应问题对电站安全生产具有重要意义。采用自编程序模拟了不同工况下库区滑坡涌浪过程,将滑坡涌浪数值动水压力转化为施加在平板钢闸门有限元模型上的节点荷载,利用动力时程方法得到了闸门在滑坡涌浪作用下的动力响应,依据规范对闸门的动力响应做出评价。结果表明:闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用位移和应力响应值最大,在死水位下受滑坡涌浪动水压力作用闸门的动力响应影响更为明显;闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用的位移响应最大值为9.27 mm,Mises应力最大值为192.06 MPa;各个构件动应力水平较低,满足规范要求,在滑坡涌浪动水压力作用下可安全运行。

倾斜门槽平面事故闸门持住力影响因素研究

闸门是水利工程主要设备,其安全性对水利工程至关重要。平面事故闸门运行工况受力分析计算已比较成熟,但事故闸门的实际工作情况较为复杂,采用有限元手段对闸门的受力情况进行分析。通过对4种不同的门槽倾角后水封平面事故闸门动水闭门工况闸门受力研究分析,结合规范计算其持住力大小,分析研究倾斜门槽倾角、水头对平面事故闸门持住力的影响因素,为持住力分析计算提供工程应用参考。

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。

关于水工钢闸门的防锈喷涂施工工艺探讨

水工钢闸门除锈喷涂是闸门制作的重要环节,本文在介绍水工钢闸门腐蚀原理及水工钢闸门常用防腐措施基础上,重点探讨了喷涂的方法、施工工艺、具体要求和检查标准,并以簸箕李西引黄涵闸除险加固工程为例,对电弧焊喷涂外加涂料封闭防腐处理技术防腐效果进行分析。结果表明:运行6年后簸箕李西引黄涵闸平板钢闸门各构件防腐涂层厚度合格率为100%,远超现行规范要求的85%,防腐效果良好。

天桥水电站泄洪洞工作闸门启闭力原型观测成果分析

通过对天桥水电站泄洪洞工作闸门启闭力和门后压力随闸门启闭过程变化的原型观测[1],分析了该闸门曾多次出现的启门力严重超载、拉杆和钢丝绳断裂、闸门落不到位等问题,发现影响闸门启闭的主要原因为:泥沙淤积、闸门定轮摩擦阻力增大,以及闸门上止水与门楣结构不合理导致通气量不足等,为改善多沙河流上泄洪建筑物工作闸门的启闭提供了理论依据。而后,提出了可以作为天桥水电站和相关工程设计改造参考的工作闸门启闭设计和运行管理的改进措施和建议。

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 。

大跨度平面闸门的自振特性研究

以西南水闸的动力学问题为背景,考虑水体对闸门自振特性的影响,应用ANSYS软件对大跨度平面闸门的自振特性进行了详细的分析研究。结果表明:按平面简支梁与按空间结构计算的结果存在一定差异,流固耦合效应对闸门结构自振特性的影响不容忽视,闸门边界约束情况对其自振特性有一定影响,改善闸门结构设计方案能提高闸门的抗振性能,该结果对同类闸门结构的设计计算有参考意义。

宽顶堰平板门闸孔出流流量系数的研究与应用

准确计算堰闸出流的过流量 ,必须确定其综合流量系数 ,但由于其流量系数和淹没系数涉及的因素较多 ,计算较复杂 ,难以满足一些工程的具体需要。为此 ,结合东深供水原水生物处理工程生物池出水闸过流量物理模型 ,研究宽顶堰平板闸门闸孔出流的各种不同流态 ,通过数学回归分析得到不同流态的流量计算公式 。

水工平面闸门流激振动的激励机理

总结分析了目前国内外对水工平面闸门振动激励机理的研究成果,并探讨了水工平面闸门振动过程中的流固耦合问题,提出了闸门振动激励机理的研究方向.

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。

积石峡水电站中孔泄洪洞工作闸门门槽体形研究

对于闸后为无压明流的平板工作闸门门槽,其水力特性与处在压力段内的事故闸门门槽相差较大。借助于数值计算的帮助,通过对积石峡水电站中孔泄洪洞工作闸门门槽体形试验研究,包括对原设计方案在内的6个方案的水力特性的比较,最后确定第三组修改方案,即加大门槽错距,扩大其下游棱角的弧半径及平缓后接坡度的优化方案,效果是比较好的。

葛洲坝水利枢纽二号船闸事故检修门有限元分析

针对葛洲坝水利枢纽二号船闸事故检修门,在原设计水头增加1m的条件下,按照《水利水电工程钢闸门设计规范》,采用大型有限元软件ANSYS进行了三维线弹性有限元分析,从强度和刚度方面进行了评价,指出了不安全的部位,为该检修门的改造设计提供了重要的参考依据。

平板闸门流激振动效应对启门力的影响

为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理,通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合分析,结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上,利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板上的激振力的计算公式,并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响,总结出流激振动效应下平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现,理论计算的结果与实际工程的实测值吻合良好,可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。

基于大涡模拟和Newmark HHT方法的闸门垂向自激振动数值模拟

当平底缘平板闸门部分开启且上下游存在水位差时,在一定的折算速度范围内闸门会发生强烈的自激振动,而且闸门底缘有漩涡产生。本文用基于流固耦合数值模拟方法研究了闸门垂向自激振动,通过采用大涡模拟和Newmark HHT方法对不同工况下闸门自激振动进行了计算,计算结果和实验结果吻合,通过数值模拟图像进一步揭示了闸门自激振动机理。

闸孔出流条件下闸前冰块堆积形态研究

近年来,黄河凌汛灾害频繁发生,对河道建筑物影响巨大。依托黄河内蒙古段实际资料,结合模型试验与理论分析,基于相似原理,采用与冰密度近似的石蜡块作为模型,制定不同的试验方案对闸孔出流条件下冰的运移、水流挟冰能力进行研究;通过物理模型试验,量测不同工况下闸前水流行近流速v0、冰块稳定堆积长度L、冰块稳定堆积厚度D、冰块过闸临界流速ve。通过试验量测和数据分析,针对不同闸门开度,对无冰块通过闸门和有冰块通过闸门两种情况下冰块堆积形态进行分析,研究发现不同情况下冰块稳定堆积长度和厚度都有差异。通过物理模型试验建立了弗劳德数Fr与闸门相对开度e/h之间的关系,并得出不同闸门开度对应的冰块过闸临界流速及相应的弗劳德数。

黑屋湾水库泄水管闸门检测及承载力分析

运用钢板厚度测厚仪 ,首先对老钢闸门的面板和梁的板元厚度进行测定 ,然后经过整理分析 ,推算出闸门结构板元的剩余厚度 ,依此进行闸门现存强度等核算 ,最后 ,对闸门的使用安全性提出评价意见。所提核算评价方法对闸门强度评估有普遍意义。

平板闸门垂向自激振动数学模型研究

在分析前人实验结论和平板闸门自激振动机理的基础上,将结构—尾流振子模型应用到闸门垂向自激振动的研究中,振子模型采用von der por方程,在结构的控制方程中合理地加入了附加质量项。通过确定模型其他参数并对模型进行计算得到闸门稳定自激振动(共振区)下的垂向振动峰值和频率比。计算值和实测值能较好地吻合,从而实现了影响闸门自激振动参数的整合及对闸门自激振动的定量研究,为进一步深入分析闸门自激振动的机理提供了更加可靠的依据。

水工钢闸门轨道受力性能的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS模拟水工钢闸门定轮支承系统的工作情况,着重对轨道的受力性能进行了研究,揭示出轨道的受力性能与弹性地基上的基础梁的受力性能相似。此外,还对有限元分析的关键技术———法向接触刚度因子FKN的取值进行了有益的探索,提出了利用试验结果,进行优化反分析得出接触力学参数的方法。这一方法是对传统实常数选取方法的补充,得出的参数可作为类似工程有限元分析的参考。

某拦河蓄水钢闸门主梁优化及有限元分析

为改善水工钢闸门主梁腹板的应力分布,减小主梁挠度,提出了一种新型的主梁结构即实腹式双拱形主梁。以某露顶式拦河蓄水闸为例,利用有限元软件ANSYS分别建立了梯形变截面梁腹板模型和双拱形变截面梁腹板模型、梯形变截面主梁闸门和双拱形主梁闸门模型,对两种主梁和闸门分别进行静特性结构分析,比较两种主梁腹板和闸门各构件的应力及变形。结果表明,双拱形变截面梁闸门各个构件的最大折算应力比梯形变截面梁闸门基本小8%以上,位移挠度比梯形变截面梁闸门小14%左右。说明在强度安全和刚度校核时,双拱形变截面梁闸门优于梯形,在水工钢闸门主梁优化及设计时,可考虑采用双拱形变截面主梁。