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如何计算闸门的空间应力?

【摘要】:根据总体计算确定的结构尺寸和初步设计的结构对该闸门进行了空间有限元分析,空间分析计算采用大型有限元分析软件ANSYS10.0进行。有限元计算取平面弧形双开闸门进行空间计算,由于平面弧形闸门的结构和荷载都是对称的,可取一半进行计算。图4闸门有限元计算网格模型图全局坐标系采用y轴为轴线的柱坐标系,坐标原点设在支铰的中心,r与弧门的径向一致。实体建模、计算和结果后处理都在ANSYS9.0中进行。

根据总体计算确定的结构尺寸和初步设计的结构对该闸门进行了空间有限元分析,空间分析计算采用大型有限元分析软件ANSYS10.0进行。有限元计算取平面弧形双开闸门进行空间计算,由于平面弧形闸门的结构和荷载都是对称的,可取一半进行计算。材料的弹性模量E=210GPa,泊松比ν=0.3,质量密度ρ=7800kg/m3,线膨胀系数α=1.25×10-51/℃。

图4 闸门有限元计算网格模型图

全局坐标系采用y轴为轴线的柱坐标系,坐标原点设在支铰的中心(高程为3.86m),r与弧门的径向一致。实体建模、计算和结果后处理都在ANSYS9.0中进行。模型的板用面表示,板采用shell63单元,各次梁、T形梁采用beam188梁单元,将有梁的地方及不同载荷的分界处作为面、线的边界。板单元的边长约为300mm,梁单元的长度约为300mm,得到15321个节点,16331个单元。弧门模型(一半)的网格划分图如图4所示。

根据平面弧形闸门的工作状态下和非工作状态下可能出现的最不利情况,选择如下7种计算工况:①平面弧形闸门关闭挡水;②门体处于门库中,为非工作状态下的计算工况;③门体处于门库中,计算时仅仅考虑自重;④门体处于门库中,计算时仅仅考虑重力和地震载荷;⑤闸门挡水工作时的温度荷载;⑥闸门门体处于启闭过程中的工况;⑦平面弧形闸门关闭挡水,下游无水的特殊计算工况。

根据上述平面计算和空间应力计算,并做水弹性力学试验,最后确定平面双开弧形闸门的详细结构。