坝面隔墙的流激振动特性研究及其体型优选

论文摘要

泄水建筑物是水利枢纽工程的重要组成部分,当其宣泄洪水时,由于水流脉动压力作用,常常会发生结构的振动,即流激振动。在当今的泄水建筑物中,流量大、流速高及结构趋向轻型化发展使得流激振动问题愈加突出,比如隔(导)墙,水流导致其结构振动和破坏的工程实例在国内外屡有报导。因此,开展对隔墙在泄洪时的流激振动特性研究,进而评价其稳定性是十分必要的。向家坝水电站采用的底流消能工,单宽流量大、水头高,水流在消力池中强烈旋滚振荡。在大流量泄洪时,部分溢流坝坝面隔墙淹没在水中,在低频大幅水流波动作用下,隔墙两侧受力非常复杂,其动力响应和稳定性问题十分突出。针对上述问题,本文结合水弹性模型试验和有限元数值模拟对向家坝水电站坝面隔墙的流激振动特性及其结构体型优选进行了研究。主要内容如下:(1)根据水弹性模拟原理和试验要求,制作向家坝水电站坝面隔墙的水力学模型和水弹性模型,水力学模型测得隔墙的水动力荷载,水弹性模型测得隔墙的动力响应,并对隔墙的水动力荷载特性和隔墙的动力响应试验结果进行分析。(2)利用有限元软件ANSYS,建立向家坝水电站坝面隔墙的三维有限元数值模型,计算得到隔墙的模态特性,以分析隔墙是否会和水流发生随机共振。同时,将模型试验测得的隔墙水动力荷载加到数值模型上,计算得到隔墙的动力响应,并采用有限元应力计算结果改善处理的方法对计算结果进行处理。将处理后的隔墙动力响应计算结果与水弹性模型试验实测的动力响应试验结果进行对比,并根据相关标准判定隔墙的动应力和动位移,对隔墙的安全稳定性作出评价。(3)以隔墙高度、断面形状参数为自变量,隔墙根部最大拉应力减小为优化目标,对隔墙结构体型进行优选,以寻找具有较大安全储备的隔墙体型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 前人的研究成果
• 1.2.1 流激振动的机理
• 1.2.2 流激振动的研究方法
• 1.2.3 隔（导）墙结构的流激振动研究
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 坝面隔墙的水动力荷载特性
• 2.1 研究背景
• 2.1.1 工程简介
• 2.1.2 高低跌坎底流消能形式
• 2.2 模型试验的原理、布置及试验工况
• 2.2.1 水力学试验的模拟原理
• 2.2.2 模型规划与测点布置
• 2.2.3 试验工况
• 2.3 随机振动理论及随机信号的采样
• 2.3.1 随机振动理论
• 2.3.2 随机信号的采样
• 2.4 坝面隔墙的水动力荷载特性
• 2.4.1 脉动压力
• 2.4.2 整体荷载
• 2.4.3 脉动压力点面转换系数
• 2.5 本章小结
• 第三章 坝面隔墙的模态特性
• 3.1 模态分析的基本原理
• 3.1.1 干模态
• 3.1.2 湿模态
• 3.2 坝面隔墙的模态特性
• 3.2.1 隔墙的数值模型
• 3.2.2 隔墙的模态特性分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 坝面隔墙的动力响应特性
• 4.1 坝面隔墙动力响应特性的模型试验
• 4.1.1 水弹性试验的模拟原理
• 4.1.2 测点布置
• 4.1.3 实测动力响应特性分析
• 4.2 坝面隔墙动力响应特性的数值计算
• 4.2.1 隔墙动力响应的计算原理
• 4.2.2 隔墙有限元应力计算结果改善处理的方法
• 4.2.3 计算动力响应特性分析
• 4.3 坝面隔墙的安全稳定性评价
• 4.4 本章小结
• 第五章 坝面隔墙的体型优选
• 5.1 断面形状变化对隔墙动应力的影响
• 5.2 高度变化对隔墙动应力的影响
• 5.3 新体型隔墙的动力响应特性
• 5.3.1 动应力
• 5.3.2 动位移
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文及参加科研情况
• 致谢