水電站廠房結(jié)構(gòu)精確建模和機(jī)墩振動(dòng)特性研究.pdf

1、隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，利用有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算已經(jīng)在工程項(xiàng)目和科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用。同樣，在水利工程項(xiàng)目中，利用ANSYS，ABAQUS等商業(yè)軟件構(gòu)建水電站廠房和壩體結(jié)構(gòu)有限元模型從而進(jìn)行靜動(dòng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析也已經(jīng)非常普遍。本文結(jié)合有限元分析軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工程和科研中的時(shí)代背景，針對有限元分析軟件在水利工程項(xiàng)目的應(yīng)用中可能會(huì)遇到的問題進(jìn)行探索和研究。同時(shí)也利用ANSYS對廠房結(jié)構(gòu)中的主要支撐結(jié)構(gòu)—機(jī)墩進(jìn)行動(dòng)力特性分析，對機(jī)墩

2、自振特性和動(dòng)力響應(yīng)與機(jī)墩厚度的關(guān)系進(jìn)行了研究和總結(jié)。具體研究內(nèi)容有：
　　為了更好地運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS模擬水電站廠房結(jié)構(gòu)，對如何準(zhǔn)確地模擬板梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索。分別對板結(jié)構(gòu)、短柱結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算和研究,并通過有限元計(jì)算得出了實(shí)體單元與板梁單元在模擬板梁柱結(jié)構(gòu)時(shí)的相同和區(qū)別之處。結(jié)論表明由于“剪切閉鎖”的現(xiàn)象存在，實(shí)體單元并不能準(zhǔn)確模擬所有結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力行為，而板梁單元也只有在模擬特定的某種結(jié)構(gòu)時(shí)能夠保證準(zhǔn)確度。本

3、文對如何運(yùn)用ANSYS更加準(zhǔn)確地模擬水電站廠房構(gòu)件靜動(dòng)力行為進(jìn)行了初步的探索。
　　本文針對MPC法連接不同自由度單元的有效性進(jìn)行了模型實(shí)驗(yàn)，建立了六組十八例計(jì)算方案，分別對模型進(jìn)行了靜力計(jì)算，模態(tài)計(jì)算和諧響應(yīng)計(jì)算。以此來探究MPC法在靜力與動(dòng)力計(jì)算中的有效性。并且關(guān)于網(wǎng)格劃分方式對MPC法計(jì)算結(jié)果的影響同樣進(jìn)行了模型實(shí)驗(yàn)，結(jié)論如下：MPC法可以準(zhǔn)確地連接體單元與殼單元，體單元與梁單元，梁單元與殼單元。組合結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力行為都有良好

4、的表現(xiàn)。當(dāng)用MPC法連接實(shí)體單元與殼單元時(shí)，殼單元上連接處的節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于被全約束，而連接梁單元與體單元或殼單元時(shí)，梁單元上連接處的節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于被全約束。在使用MPC法連接的組合結(jié)構(gòu)模型中，連接處的網(wǎng)格劃分方式對計(jì)算結(jié)果影響很小，建議在保證基本計(jì)算精度的基礎(chǔ)上減少節(jié)點(diǎn)數(shù)，這樣可以減小計(jì)算量加快計(jì)算速度。
　　機(jī)墩組合結(jié)構(gòu)是水電站主廠房中重要的混凝土結(jié)構(gòu)。因?yàn)闄C(jī)墩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和抗振穩(wěn)定性等靜動(dòng)力結(jié)構(gòu)特性對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行有著決定性的影響

5、，所以在工程中需要機(jī)墩結(jié)構(gòu)具有良好的抗振性能以滿足對工程安全性的需要。本文從規(guī)范解和有限元解兩方面出發(fā)，通過改變機(jī)墩的外徑尺寸觀察結(jié)構(gòu)自振特性和振動(dòng)響應(yīng)的變化規(guī)律。得出結(jié)論如下：由于規(guī)范中對機(jī)墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行了諸多簡化，因此規(guī)范解與實(shí)際有限元計(jì)算的解相差較大。在機(jī)墩結(jié)構(gòu)的自振頻率計(jì)算解中，機(jī)墩的第一階自振頻率隨著外徑尺寸的增大而增大，說明機(jī)墩剛度對第一階自振頻率的影響要大于質(zhì)量所帶來的影響。而在機(jī)墩結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)計(jì)算解中，當(dāng)外部激勵(lì)頻率特定時(shí)，