弧形闸门因其没有门槽、启闭力小和操作运行方便等特点,被广泛地应用于水利工程中。随着高坝建设的发展,弧形闸门的工作水头不断提高,闸门的尺寸也日趋加大。当闸门关闭挡水时,闸门的设计一般都满足静力要求,然而闸门在局部开启状态下运行中在动水作用下发生强烈振动时有发生。振动给人们带来噪音和不安全感,甚至引起闸门动力失稳,带来严重的损失。水工闸门的安全运行和正常工作对整个水利枢纽是至关重要的,因而开展对水工弧形闸门的结构和动力特性研究具有很大的实际意义。本文结合新疆开都河察汗乌苏水电站工程这一实际工程,对其弧形闸门的动力特性以及其优化进行了试验研究和数值计算。主要的研究内容如下:(1)根据水弹性模型模拟原理要求,制作弧形闸门水弹性模型,对流激振动试验结果进行分析。(2)应用ANSYS有限元软件,建立了该弧形闸门三维有限元数值模型,并对其进行了动力分析,给出了弧形闸门的自振频率,并且进一步分析了流固耦合效应对自振特性的影响,同时运用试验获得的水动力荷载对其进行流激振动数值计算,并对其进行动力安全分析。(3)将模态叠加法应用于弧形闸门流激振动反分析,在水流动力荷载未知的情况下,可由少量测点的动位移实测值反馈分析出整个结构在水流动力荷载作用下的动位移场和动应力场。(4)运用MATLAB中的优化工具箱,将结构优化设计理论应用于弧形闸门结构优化设计,并考虑了结构静、动力约束进行优化,取得了比较满意的结构尺寸形式。