水是生命之源,生态之基,生产之要。水利工程是我国的重要基础设施,随着国内外高坝水库的建设与发展,作为水利水电工程泄水建筑物调节咽喉的水工钢闸门正向着高水头、大孔口、大泄量的大型化和轻型化方向发展,其安全灵活地运行决定着整个枢纽工程和下游人民生命财产的安全。闸门是水工建筑物的重要组成部分之一,它是关闭孔口及调节孔口开度的活动结构,按照实际需要用以挡水、调节上下游水位和过闸流量。在水利工程中,闸门振动问题长久以来一直难以得到较好的解决。水工闸门的振动是绝大多数水工建筑物破坏的根本原因,由于其结构和工作条件的复杂性,使得其在工程运行中存在着诸多安全稳定性问题。本文根据实际工程中存在的问题,结合山东省临沂市临沭县凌山头水库溢洪闸工程,研究平面钢闸门在流固耦合作用下的自振特性和水流脉动荷载作用效果,研究方法采用理论分析和数值模拟相结合。主要研究内容如下:(1)根据有限元理论,采用有限元数值计算的方法对该闸门的动力特性进行计算研究,建立基本的运动方程,计算流场内的动压力以及流体与结构接触面上的动压力。同时对闸门结构进行离散化,有有限元法解算结构的特征值及特征向量,即闸门结构的自振频率和振型。(2)利用有限元分析软件ANSYS建立闸门与水体耦合的有限元模型,根据软件的计算分析闸门结构在有水和无水状态下,不同开度状态下的自振特性和振型,分析闸门在不同开度下自振特性的规律。同时模拟闸门受到水流冲击力时其门体特征发生的一系列变化,并得出相应结论。结果表明,随着闸门开启程度的不断增大,即闸门迎水面水位不断降低,闸门的各阶自振频率均随之增大,各阶振型也随之变化。闸门受水体冲击下的影响时,闸门的应力变化规律、弹性应变变化规律、总应变变化规律大致相似。(3)根据平面钢闸门振动特性,并总结前人研究经验,提出一系列防振措施与稳定性优化方案。根据工程实例,合理布置闸门结构减振器,从而避免或减轻因危害性振动而产生的闸门破坏。本文通过理论分析与有限元数值模拟,对比分析,提出了相应的优化方案,以提高水工闸门运行中的稳定性,供实际工程参考,以便设计出危害性振动较小的闸门。