水工弧形闸门流激振动分析

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.     

大型水电站分层取水叠梁门的脉动压力特性

为减少下泄低温水对下游生态环境的影响,某水电站进水口拟采取叠梁门分层取水方式.由于过流方式不同,叠梁门与普通平板闸门在荷载特性上存在明显差别.通过模型试验对进水口叠梁门的脉动压力进行测量,结合数值模拟结果,分析了叠梁门上脉动压力的分布规律及荷载特性.结果表明:在所有工况下,作用在叠梁门不同部位的脉动压力特性不同,但均在叠梁门下游侧底部出现了较大的脉动压力;叠梁门下游侧底部大漩涡产生的脉动压力是诱发叠梁门流激振动的主要激振力.提出了一种针对叠梁门顶部过流计算激振力的简易方法,可供工程设计参考使用.     

深水平面闸门振动的某些问题

在工程实际或水力模型实验中均末曾发现过深水平面闸门仅因水流作用而产生自激振动现象。这是由于平面闸门刚度摩阻力较大,而且振动所引起的相互作用力随作用于闸门上水头的增加而减少的缘故。因此深水平面闸门的振动属于强迫振动性质。根据实验资科,在一般条件下由于紊动旋涡所引起的脉动压力较小,不足引起强烈的强迫振动。然而当运动狀态急剧改变时,例如气蚀、明喑流交替、旋涡区破坏等将使水流搅动外力加大甚多。同时,因具体闸门构造特点而引起的水流搅动亦可能远大于一般条件下的脉动压力。因此,必须结合闸门具体情况,按照危险振动型与危险外力的不利组合,研究深水平面闸门的振动向题。引起闸门振动的外力具有随机变化的性质,以往常用简谐变化外力代替,近似地计算最大应变。我们用水力模型与电模型对这二种性质的外力进行了比较,发现在计算最大应变时,不可能用一种谐变化外力代替一种随机变化外力。从而说明了以往的近似的计算方法不可能有一个统一的标准,而且将引起较大的计算误差。合理的近似计算方法,必须重整研究。同时,对记录资料长度亦进行了统计分析,我们初步认为记录资料的单波数不宜少于700—800。结合深水平面闸门的可能振型,本文从理论上证明当水流条件接近势流时,动水对闸门振动的惯性影响与同样边界条件下静水的影响相同,与稳定流速无关。并从实验论证了旋涡区水体对闸门振动的惯性影响与静水差别甚大。     

基于ANSYS的弧面三角闸门自振特性研究

水工闸门设计时需考虑闸门整体的自振频率,避免水流脉动作用使闸门产生强烈共振.本文以某船闸弧面三角闸门的动力学问题为背景,重点分析流固耦合效应对闸门整体结构自振特性的影响,并基于有限元分析软件ANSYS建立弧面三角闸门的数值分析模型,计算出闸门在不同门前水体宽度和高度下的自振频率和振型.结果表明,水体产生的流场对闸门自振特性有显著影响.     

基于原型观测的水电站厂房结构振动分析

由于规范中用以计算动位移的动荷载与实际情况有一定出入，为了找出最主要的垂向动荷载，并提出计算厂房结构垂向动位移的方法，根据原型观测资料结合信号分析技术分析了水电站正常运行时尾水脉动、水轮机顶盖压力脉动、项盖垂向振动、推力轴承垂向振动、下机架基础垂向振动和机墩顶部垂向振动之间的位移与频率关系，并详细阐述了水电站厂房结构内的动荷载情况，指出各种动荷载可能产生的作用及影响，对某些荷载的量级做了初步估算，进而找出最主要的垂向动荷载——轴向水推力的脉动．结果表明，顶盖压力脉动与尾水脉动是轴向水推力脉动的主要原因，规范规定的垂向动荷载偏大．最后，基于实测资料对厂房结构进行三维有FIt元反馈分析，提出了一种计算厂房结构垂向动位移的方法。     

高拱坝泄洪中孔弧形闸门振动试验研究

在大量模型材料试验研究的基础上，选用增强工程塑料制作闸门模型，使之同时满足水流相似和结构相似条件的要求，从而实现了通过水工模型试验直接测量深水闸门在实验运行过程中的振动性态以及闸门结构的应力状态，为水工钢闸门振动试验技术的改进作了一点有益的尝试。文中就某高拱坝泄洪中孔弧形闸门在不同工况下的振动情况给出了有关的试验结果。     

基于多路径传递的水电站厂房流激振动分析

为研究水电站厂房流激振动传导机制,对振动传递路径进行了分析,采用重整化群(RNG)k-ε模型对混流式水轮机蜗壳、导叶、转轮及尾水管全流道进行了三维非定常湍流计算.基于湍流计算结果对转轮部件上的脉动压力进行了积分计算,给出了解析计算和数值模拟相结合的轴向水推力脉动特性计算方法,并沿着蜗壳/尾水管→厂房结构、转轮→轴系→机架基础→厂房结构这两条振动传递路径对厂房振动进行了计算分析.结果表明:整个流道内压力脉动程度较大的区域主要集中在尾水管直锥段以及弯肘段,频率主要为0.83和1.02 Hz,即转频的1/5和1/4,受尾水管低频涡带向上游传播影响,蜗壳区也出现了低频脉动压力;轴向水推力是机组垂直动荷载的重要部分,具有明显的脉动特性,转轮上冠与顶盖、转轮下环与基础环之间的空腔压力是形成轴向水推力的主要组成部分;蜗壳/尾水管→厂房结构这条振动传递路径是最直接也是作用最明显的,是厂房振动的主要诱因.     

护坦上脉动压力

本文介绍一种在水工模型实验中,施测水流脉动压力的仪器,及其构造原理。 使用这种仪器进行了实验,其结果表明：由于水动压力脉动的存在,溢流坝下游的护坦 版将产生两个自由度的振动。这在设计时应予以考虑。 此外并对这灰实验的模型律总是提出如下意见：（一）脉动压力的大小与护坦上水深比 例尺成正比,（二）其脉动频率则与护坦上水深比例尺的平方根成反比。 水流的威力脉动现象已为世所公认,特别是在水流情况发生剧烈改变时（例如水跃或局部消能设备）表现尤为显著。研究这种现象不仅在紊流理论上有重要意义,而且与水工建筑物下游的护坦安全以及河床冲刷问题都有密切关系。我们水力学教研室对于水平的护坦上脉幼压力问题进行了一些实验。     

三维FEM在大型弧形钢闸门安全检测中的应用

以广西岩滩水电站的钢闸门安全检测为背景，以溢洪道弧形闸门为例，用三维有限元方法分析计算了闸门在各个工况下的应力、变形特性，计算结果和现场应变测试的结果基本一致．在有限元计算和现场测试结果的基础上，根据水工钢闸门设计规范和水工金属结构报废标准建立的强度和刚度评判标准，对岩滩电站的闸门进行了校核，并评价了其安全性．该理论和方法，可为类似闸门工程的设计和检测提供参考．     

矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能

以排架矩形渡槽为研究对象,建立三维渡槽水流固耦合计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况、不同渡槽截面高宽比,计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的横向位移、倾覆力矩及动水压力.研究结果表明:不同高宽比的渡槽随着槽内水深的变化,其流固耦合体系风致动力性能的变化规律性相近；在等流量水深工况下,截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响,在渡槽抗风设计中应予以重视.     

高雷诺数下双圆柱绕流诱发振动的数值模拟

基于表面涡方法研究了不同间隙比及归一化阻尼参数下,串列和并列双圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率等.结果表明:圆柱为刚性时的计算模拟结果与相关文献的实验结果吻合良好;在文中的研究条件下,串列双弹性圆柱具有屏蔽流的特征,涡脱落频率比刚性圆柱的大,其值主要取决于归一化阻尼而非间隙比;流体从并列双弹性圆柱分离的涡是对称的,与并列双刚性圆柱相比其平均力系数略小,但由于流体诱导振动造成的脉动力系数较大,故流体诱导振动对并列圆柱的动态响应有重要的影响.研究结果为亚临界雷诺数范围内热交换器管束的复杂流体诱导振动等问题提供了一种可能的计算方法.     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

段塞流诱导柔性立管振动响应实验分析

在气液两相循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,预测了气体表观流速对水动力段塞流诱导柔性立管振动响应的影响规律,分析了振幅响应、模态权重、频谱变化以及管内流动特性。结果表明,随着气体表观流速的增大,振动幅度逐渐增大,模态交互作用逐渐增强,尽管高阶振动模态权重不断增大,但一阶模态在立管振动响应中始终占据主导;对于较小的气体表观流速,振动响应主要归因于短段塞的不稳定流动,对于较大的气体表观流速,振动响应主要取决于长段塞的流动频率;气体表观流速增大使管内流动速度、段塞长度逐渐增大,而持液率逐渐减小。     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。     

具有弹性支承输流管路的流体诱发振动分析

利用微分变换法分析具有弹性支承的悬臂式输流管路的流体诱发振动问题.首先对振动微分方程无量纲化,其次采用微分变换法获得各阶微分的递推关系,进而求解得到不计流速时的前四阶固有频率及振型函数的通用表达式.在此基础上,计算并得到了计及流速时固有频率随流速和弹性系数的变化,同时研究了不同弹性系数及质量比下的临界流速及稳定性.通过对比和分析,证实了微分变换法具有较高的精度和实用性.微分变换法可作为设计管路支承形式的参考.     

不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析

在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况.     

双层爆炸容器的振动响应特性分析

从实验测量和有限元仿真模拟两个方面,对双层结构的爆炸容器的动态响应和振动特性进行分析。通过三维数字图像相关方法(以下简称"DIC"方法),结合应变片测量法,通过获取的双层爆炸容器在不同装药强度工作状态下的三维变形场信息,对容器不同部位的位移-时间曲线进行快速傅里叶变换后。通过分析容器的主要响应频率,确定了爆炸容器的振动频谱分布情况。使用有限元软件(ANSYS)模态分析模块建立容器的有限元模型,获取容器的各阶振动模态的固有频率,确定爆炸容器工作状态下的主要振型和模态分布。实验证明了DIC方法在研究爆炸容器振动领域的可行性和可靠性;并为探索爆炸压力容器的振动特性与爆炸容器安全水平提供了新思路和重要依据。