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平面钢闸门因其结构简单,制造、安装、维修方便,有互换性等优点,使其广泛应用于水利水电工程的泄水系统、引水发电系统、灌溉系统、航运系统等,但也因其缺点如启闭力大、局部开启条件筹、需设影响水流的门槽等,使得其在工程运用中存在着诸多安全稳定性问题。因此对平面闸门结构进行动力特性、流激振动和启闭力特性等方面的研究具有重要的工程价值和理论意义。
本文基于这些方面的问题,以小湾泄洪洞事故检修闸门为背景,研究了平面闸门的脉动水压力、流激振动响应、动力特性、启闭力特性和主轮轮压分布及应力变形等问题,研究手段以模型试验和有限元计算分析相结合。
通过水力学模型试验获得了作用在平面闸门上的脉动压力数据,研究了平面闸门上的动水压力特性以及启闭力特性并得出一些普遍规律;在水弹性闸门模型上测试了各种工况下各测点的静应力、动应力、自振频率、加速度,研究了闸门上静应力的分布规律,平面闸门的自振特性和动力响应。
利用GID软件建立了小湾泄洪洞事故检修闸门有限元模型和单个辊轮有限元模型,采用常规有限元法对平面闸门进行了静力计算,并将静力计算结果与试验结果对比,验证了两种方法的可靠性,并进一步研究了平面闸门主要构件的应力分布规律和变形状况。采用三维非线性接触计算方法对辊轮应力与变形进行计算分析。