高水頭平面鋼閘門靜力特性分析研究——小灣水電站鏈輪閘門輪壓分布及變形應(yīng)力分析.pdf

1、小灣水電站底孔鏈輪閘門是目前國內(nèi)外設(shè)計水頭最高、荷載最大的鏈輪閘門.由于目前國內(nèi)對鏈輪閘門的運行經(jīng)驗較少,對大荷載輥輪的接觸應(yīng)力計算與控制、彈塑性變形特性的認識不夠深入,對輪壓分布的認識也很不完善,所以對小灣水電站事故鏈輪閘門的單個輥輪進行接觸應(yīng)力和整體輪壓分布的計算分析具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值.對于高水頭閘門,現(xiàn)行閘門設(shè)計規(guī)范的平面體系算法過于簡單,為了保障小灣底孔事故鏈輪閘門的安全、可靠運行,獲得閘門較為準確的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力

2、,本文建立了與實際結(jié)構(gòu)相一致的空間結(jié)構(gòu)有限元模型進行計算.傳統(tǒng)的計算鏈輪閘門單個輥輪接觸應(yīng)力的方法是進行壓痕試驗,但允許的輥輪接觸應(yīng)力與有關(guān)試驗的差異較大.本文在總結(jié)已有的接觸面單元形式的基礎(chǔ)上,采用了合理模擬接觸面的常規(guī)薄層單元及以相應(yīng)的非線性分析為基礎(chǔ)的三維有限元解法對輥輪進行有限元分析.同時,因為研究的僅僅是輥輪接觸面附近區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變情況,提出了局部非協(xié)調(diào)網(wǎng)格協(xié)調(diào)位移解法.該方法以交界面上接觸體一側(cè)的節(jié)點的位移變量作為基本變量

3、,而輥輪一側(cè)的節(jié)點的位移變量作為從變量,通過線性插值建立從變量與基本變量之間的線性關(guān)系,導(dǎo)出以基本變量作為未知量的總體線性方程組,從而在兩者交界面處建立位移協(xié)調(diào)關(guān)系,求解出單個輥輪接觸應(yīng)力情況,對輥輪進行了強度校核.由于鏈輪閘門支承行走部分尺寸較小,鏈輪支承系統(tǒng)屬于多次超靜定且對輪壓有很大影響的制造精度無法定量估算,要精確計算輪壓分布十分困難.常用的鏈輪閘門輪壓計算方法中的平均輪壓法的超載系數(shù)的確定存在較大的隨意性,因此用這種方法計算輪

4、壓分布是不合理的.本文針對閘門受力鏈輪與門槽主軌接觸良好的情況,采用彈性地基法對整體輪壓分布進行計算分析.另一方面,若有部分受力鏈輪與門槽主軌脫空,為了精確計算未與主軌面接觸的受力鏈輪以及未接觸的鏈輪脫空間隙的大小對鏈輪的壓力分布的影響,本文用改進的間隙單元法進行了計算分析,有效地解決了鏈輪閘門的受力鏈輪有脫空間隙時的輪壓分布問題.論文最后采用三維非線性有限元法對小灣水電站事故鏈輪閘門整體結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力進行了計算分析,并用本文提出的閘