黄河流域宁蒙河道段全长1140公里,河流自低纬度向高纬度发展,加上曲折多变的河道流势条件,每年凌汛期流量不稳定,冰凌灾害频发。沿河堤防、渠道、桥涵、水闸、排灌站、铁路桥等水工建筑物及道路工程设施均在凌灾易发范围内。弧形闸门在外部荷载条件下,其空间梁系结构力学性能复杂,是一个值得研究的问题。本文基于商用有限元软件ANSYS/LS-DYNA和前后处理软件Hypermesh、LS-PrePost软件等,以黄河中上游宁蒙河段冬季凌汛高发的险工段某弧形闸门为研究对象,分析了弧形闸门的受力特点和工作方式,建立其合理的三维有限元仿真模型,并对其在大体积冰凌撞击作用下的动力响应进行研究。具体内容如下:首先根据弧形闸门的受力特点和工作方式,选择了基于ANSYS/LS-DYNA的能反映闸门各构件真实工作状态的单元类型,建立了弧形闸门的三维结构有限元模型。其次使用上述模型,以尺寸100cm×100cm×50cm,速度为2m/s的冰荷载为例,开展流冰撞击弧形闸门过程中流冰的能量过程、流冰动力过程、弧形闸门的能量过程、弧形闸门的位移变化的具体分析。再次分析比较了不同荷载条件下的冰力值、不同速度条件下流冰的冰力值等响应。在水压力荷载条件下,选取对弧形闸门最不利的冰荷载工况,即冰体尺寸为200cm×200cm×50cm,流冰速度为2m/s,分析比较撞击位置在高度上变化、在水平方向上变化、在不同撞击角度上变化的闸门振动响应。提出并总结了一些规律,并建立了考虑水压力荷载条件下弧形闸门受冰体冲击作用数值模拟方法。最后详细分析了流冰撞击荷载作用下闸门主要构件(门页、主梁、纵梁)的应力、变形规律,并校核了弧形闸门的强度和刚度,使得闸门的应力和变形量得以控制。