基于混沌理论的弧形闸门流激振动特性分析

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随着中高水头、大中型水库枢纽的修建,在枢纽中不可缺少的一环——水工闸门,已越来越得到各方面的重视,闸门的安全稳定运行,不仅关系到泄水与挡水的工作顺利进行,还关乎整个水利枢纽甚至下游流域的安全,因此对水工闸门的研究应不厌其深。本文主要研究内容为弧形闸门的振动问题,通过引入混沌理论,对弧形闸门面板和支臂的振动情况进行多方面的探讨,主要研究成果如下:
  (1)对振动信号降噪方法进行了研究,通过分析小波阈值降噪的具体步骤,利用试验来验证最适合本文所用的弧形闸门振动信号降噪方法。以弧形闸门面板脉动压强信号的四组工况为例,对小波阈值降噪过程中所选用的小波函数、分解层数、阈值函数、阈值估计进行了确定。
  (2)将混沌理论应用于弧形闸门振动问题,处理振动时间序列,对其进行相空间重构,选用平均互信息法求最佳延迟时间τ,Cao方法求最佳嵌入维数m。采用主成分分析法作为混沌识别方法,以及饱和关联维数D、最大Lyapunov指数法的混沌特征量研究方法来对本文的试验数据进行识别与研究。
  (3)以某水电站弧形工作闸门的原型观测数据为例,研究了弧形闸门支臂振动加速度时间序列并得出结论:弧形闸门支臂振动的复杂程度,由面板到闸墩处逐渐减弱;左右支臂在开度大于等于0.6时,混沌吸引子维数较低,即振动情况更易于掌控,其非线性振动情况可通过较少的控制因素来确定;弧形闸门在启门与团门两个过程中,同开度下其振动的复杂程度并不完全一致。
  (4)以某水电站弧形工作闸门的模型试验为例,研究弧形闸门面板脉动压强时间序列的混沌特性并得出结论:弧形闸门面板在高水位时的振动复杂程度高,且其底缘的振动情况较其他位置更复杂;在小开度时弧形闸门面板的振动复杂程度减弱,相关性高,非线性振动建模计算可由较少独立变量进行控制。
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