平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题

为提高平面钢闸门三维有限元线性分析的科学性和规范性,以某水电站机组进水口快速平面钢闸门为研究对象,采用ANSYS有限元分析软件,从有限元网格划分和漏水孔结构简化两个方面出发,讨论研究了此类平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题。研究表明:采用shell281单元对平面钢闸门这样的典型空间薄壁结构进行有限元计算时,应力计算结果精度更高;在划分网格建立有限元模型时,网格尺寸的大小对挠度影响较小,合理的网格尺寸可以使应力的有限元计算结果与网格尺寸之间具有无关性,并减少计算量;相对于自由划分方式得到的网格质量,映射划分方法得到的网格质量更高,但对平面钢闸门结构应力和挠度的计算精度的提高甚微,且映射划分方法工作量较大,效率较低;当平面钢闸门主梁漏水孔直径与梁高之比(径高比)小于或等于0.15时,在建立平面钢闸门模型时可简化忽略漏水孔,反之则不能简化。

基于构件协同工作的平面钢闸门主梁最优梁高研究

关于水工平面钢闸门主梁梁高的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在工程中多以未考虑主梁与其他构件协同工作的理论求解公式为参考。在满足稳定性要求、考虑面板及隔板等构件与主梁协同工作的条件下,采用有限元分析理论,建立平面钢闸门空间有限元模型,计算分析主梁的强度和刚度的变化规律,给出合理的平面钢闸门主梁的最优梁高。结果表明:在考虑各构件协同工作时的主梁受力更贴合实际情况;在最小梁高与经济梁高之间存在最优梁高,与最小梁高的比值约为1.038,与理论公式计算的最优梁高相比,可使主梁翼缘、腹板等构件的应力减小,在此梁高下可使主梁工作性能发挥到最优。计算结果可为平面钢闸门梁高的设计提供参考。

露顶式平面钢闸门结构优化设计及有限元分析

提出了一种露顶式平面钢闸门结构的优化方案,减小了面板朝外闸门所受浮力,减轻了结构总质量,降低造价的同时提高了止水橡皮的寿命。通过有限元计算更精确地对闸门各部分应力进行分析,实现闸门结构的进一步优化设计。

存在变形缺陷的平面钢闸门静应力分析

针对水利工程闸门多年运行过程中出现变形的问题,研究变形缺陷对闸门运行安全的影响。本文以某平面闸门实例建立了闸门存在主横梁弯曲变形和面板凹陷变形的有限元模型,应用ANSYS软件计算得到对应变形情况下闸门的结构应力。结果表明:主横梁弯曲变形出现在跨中区域时主横梁上径向应力、轴向应力和剪应力受变形有较大影响;面板存在凹陷变形会使面板的折算应力增加,当变形出现在靠近边梁的位置时,出现了应力集中现象。在实际工程中,应特别注意出现在主横梁跨中区域和面板靠近边梁区域的变形。该工作成果有助于为闸门的运行监测提供一些可借鉴的经验。

基于有限元法的中低水头钢闸门主梁梁高优化研究

针对目前中低水头平面钢闸门主梁截面形式多样、梁高取值不合理的情况,建立了工字型等效组合截面主梁几何特性表达式及其受力模型。经分析,在水压、自重等载荷作用下闸门产生的应力、挠度与主梁梁高的三次方成反比。在此基础上,借助有限元分析方法,通过比较不同工况下闸门的应力、变形的分布及重量变化情况,得出了实例闸门主梁梁高的优化方案。