流冰撞击下闸门的动力反应分析

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingmiannv
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在黄河上游,每年河流开化的季节,河流里边的流冰有可能发生堵塞,形成冰坝,所以需要采用工程爆破手段将冰坝炸掉,爆炸之后,河冰和河水大量快速向下游流去,对下游的拦水闸构成了严重的危害,河流中的大块流冰会对闸门等建筑物产生很大的动冰压力以及撞击力,因此,对流冰撞击下闸门的破坏进行有限元分析具有非常重要的意义。  本文也对国内外对河冰研究的现状进行了初步分析,对所采用的有限元分析软件 LS-DYNA的功能有了深入的了解,掌握了 LS-DYNA的计算方法和它的特点,主要讨论了冰的物理力学特征,对模型建立、网格划分、加载求解过程都进行了大量的学习,最终成功模拟了流冰撞击闸门前后冰和闸门的受力过程,并通过曲线、动画、图片等方式把结果显示出来,运用软件进行比较计算,得出荷载值,和计算公式得出的结果进行比较,验证本文用数值模拟的方法得出的结果是正确的,同时对不同冰速,不同冰厚度进行比较,绘制不同速度和不同冰厚受力、应变的曲线,得出规律行的结论,最后用河道历史最大流速,最大冰体积进行计算,得出可能出现的最大值,方便以后水工建筑物的设计。  闸门本身是一种空间梁板结构,他的结构是比较复杂的,其组合形式在不同的情况下也有很多种形式。闸门的主要设计方法是把每个构件简化成平面上的杆件,用结构力学的方法进行计算,但这种方法计算出来的结果不能体现出闸门的空间力学性能。从现有的资料来看,流冰对闸门撞击的研究还很少见。本文基于大型有限元分析软件LS-DYNA,结合实际工程中包头钢闸门的具体情况,充分分析了钢闸门在受到流冰撞击情况下的受力情况,建立了它的三维仿真模型,并且对撞击后的动力响应做了深入分析。基于 ANSYS的能反映闸门各构件真实工况下的单元模式,建立了钢闸门的有限元模型。详细分析了撞击荷载作用下闸门主要构件的应力、变形规律,校核了钢闸门的强度和刚度。计算结果表明,撞击点应力较大,但由于属于应力集中,影响范围很小,对闸门整体强度和刚度影响不大,不至于对闸门造成破坏,但是当流冰速度为1.5m/s,大小为4×4m,厚度为0.3m时,其压强会达到混凝土建筑物的剪切破坏强度,对下游的混凝土建筑物有可能造成破坏。  本文计算表明,ANSYS/LS-DYNA可以方便的实现流冰撞击下结构物破坏过程的仿真分析,所得计算结果为流冰灾害的防治和水工建筑物的设计提供了参考。
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