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随着我国水利水电事业的飞速发展,水工闸门工作水头不断增加,闸门结构尺寸不断加大,水工闸门的安全问题日益受到工程界的关注。水工闸门自激振动是一种危害性很大的结构振动现象,也是水利水电工程广泛存在的问题。这种振动现象往往是由水封漏水或闸门出现较大变形等造成的,其振动强度与闸门结构的刚度变形、水封材质和安装精度、闸门结构的面板平整度以及闸门工作水头等有密切的联系,具体体现为闸门结构、水封布置和水力参数等。
本文结合某工程平面闸门顶部P型止水结构,以止水结构脱离闸门面板发生自激振动为研究工况,借助ANSYS软件对止水结构的动力特性进行规律性的探索研究,取得了以下成果:
(1)止水结构自振频率值随着止水长度的增大而减小,其降幅随阶次的增大呈现增大趋势。螺栓紧固力作用使止水结构的自振频率变大,且螺栓紧固力的施加对止水结构自振频率的影响呈现出阶段性；考虑流固耦合作用的止水结构其自振频率较无水作用时有所降低,低阶频率降低的幅度相对较大；在满足流场长度为10倍止水头部挡水高度时,止水结构的频率值基本稳定。
(2)在无流场和有流固耦合作用两种计算条件下,对止水结构进行谐响应分析得出:当外激励力频率在止水结构第一阶基频附近时,止水结构各测点出现响应峰值,其值随着阻尼的增大而减小；在相同阻尼作用下,有水时止水结构的位移响应幅值较无水时大。
(3)基于ANSYS优化模块和谐响应分析对压板宽度的优化,最优方案为压板的宽度取为L。此优化方案能较大幅度地提高第一阶基频,同时又能较显著地减小结构在外激励力作用下产生的位移响应,在克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害结果方面体现出较强的优越性。
(4)基于ANSYS优化模块和谐响应分析对P型头部孔半径的优化,最优方案为止水结构采用实心P型头部,此时止水结构在外激励力作用下的位移响应出现显著的减小,克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害结果方面表现出良好的优越性。