基于ANSYS软件的弧形钢闸门三维有限元分析
基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究
基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究李桑军;秦战生【摘要】让闸门自振频率尽可能地远离流域水流的高能脉动主频率段是保证其平稳安全运行的必要条件.通过SolidWorks软件对弧形闸门进行三维建模,考虑流固耦合作用对闸门振动特性的影响,借助ANSYS软件对闸门进行模态分析.对一弧形钢闸门分析的结果表明:水体与闸门的流固耦合作用对闸门的模态频率有显著影响,自振频率随着两者接触面积的增大而降低.因而在分析处于流体中工作的结构振动问题时,为保证结构运行安全,应当考虑流固耦合作用的影响.%To ensure the safe and steady operation of gate,it's necessary to keep the natural frequency of gate as far away as possible from the main frequency scope of high-energy pulse of water flow.A 3D model of a radial gate is created by using SolidWorks,and the natural frequency and modal characteristics of gate are calculated by using ANSYS,where the fluidstructure interaction effect had been taken into consideration.The result shows that the fluid-structure interaction effect has a significant influence on modal frequencies of gate structure and the natural frequency of gate will decrease with the increasing of contact area between gate and fluid.Therefore,when analyzing the vibration characteristics of structures working in fluid,the fluid-structure interaction effect should be taken into consideration in order to ensure the safe operation of the structure.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】弧形闸门;自振特性;流固耦合;ANSYS;SolidWorks【作者】李桑军;秦战生【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TV663.20 引言前人关于闸门振动的研究表明：闸门振动既有内部因素的作用，也不乏外部因素的参与。
某闸桥工程闸墩三维有限元分析
某闸桥工程闸墩三维有限元分析发表时间：2017-10-17T10:32:11.613Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：李振龙[导读] 以ANSYS软件为平台对闸墩在不同荷载组合工况下进行计算分析，尤其对闸门支墩等重点部位予以关注，其计算分析研究结果为工程设计提供参考，以利于改进和优化闸墩结构设计。
上海市水利工程设计研究院有限公司上海 200062摘要：该闸桥工程主要功能是防洪排涝，闸墩在各种使用条件下结构受力复杂，常规计算方法难以满足要求，因此采用有限元法对闸墩进行计算分析。
本文以该节制闸闸墩为研究对象，以ANSYS软件为平台对闸墩在不同荷载组合工况下进行计算分析，尤其对闸门支墩等重点部位予以关注，其计算分析研究结果为工程设计提供参考，以利于改进和优化闸墩结构设计。
关键词：闸墩；有限元；支墩1 概述该闸桥工程位于广州南沙区，其主要功能是挡潮、排涝、通航，并满足河涌两岸交通和旅游景观的需要，该闸桥为5孔拱桥，闸室布置在闸桥中孔，闸室为单孔，宽为16m，考虑到闸门运行、通航及景观要求，闸室长为32.9m。
为钢筋混凝土整体坞式结构。
水闸闸槛高程-2.80m，底板高程-3.30m，底板厚1.50m。
工作们选用闸桥结合的液压弧型门门型，其特点是闸门藏于桥下，具有隐蔽性，闸顶交通桥兼做闸门门库。
闸室两侧分别为两孔连接拱桥，净跨分别为15m和16m，闸桥总长度为82.40m，总宽度为26m，桥面顶高程为8.35m，中部为14m宽车行道，两侧各设6m宽人行道，闸桥荷载按公路-Ⅱ级设计，闸桥两侧与两岸现有堤防直接相连。
2有限元模型的建立2.1 计算范围及模型在建立有限元模型时，为了能精确反映堰闸段周边的应力分布规律，计算基础深度取1.0倍闸室高度80m，上游基础长度取50m，下游基础长度取150m，左右两侧基础长度与节制闸闸室宽度相同。
闸室周边结构缝按自由边界对待，基础按固定边界对待，建筑物基础面按设计开挖形状考虑。
某弧形闸门闸墩三维有限元应力应变分析
某弧形闸门闸墩三维有限元应力应变分析张敏;周理想;张策【摘要】The structure stress in arc strobe is very complex .The safe operation and service life of buildings is determined by the stress and strain in bullfrog .In this paper the ANSYS software is applied to analyze the sluice pier at static load of the work under different conditions of state .The conclusions and optimum suggestions can be drawn in this paper : Concrete in bullfrog at the maximum stress, the performance of other parts of concrete material is not fully developed .Therefore, for the optimization design of the structure , in order to ensure the sluice pier thickness and radial gate support size unchanged , the size of the bullfrog will be widened.So, the stress of bullfrog will be improved , and the area of rich concrete will be reduced .In this way, for the purpose of save material and full use of materials can be realized .By analyzing the stress and strain in different conditions of state , the conclusions can be used to guide the design and testing directly , and to provide a reliable basis for optimize design .%应用大型结构计算软件Ansys，对某弧形闸门闸墩应力应变进行三维有限元模拟计算与分析。
潜孔弧形闸门静力有限元分析结果对平面体系计算结果的验证
潜孔弧形闸门静力有限元分析结果对平面体系计算结果的验证郭忠武;罗成英;贺开宇【摘要】目前,对于弧形钢闸门刚度、强度校核基本上是按照常规的平面体系进行结构计算,其计算结果不能有效反映闸门的空间效应.对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门,宜用空间有限元复核计算结构.介绍了利用ANSYSY软件对某电站泄洪闸弧形闸门进行的三维有限元分析.从结构刚度和强度两个方面,对在最大水压力作用下闸门的安全性进行了分析,得出了一些有益结论并用于指导某电站的闸门设计.对初学三维设计者具有一定的参考意义.【期刊名称】《四川水力发电》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】3页(P89-91)【关键词】弧形闸门;有限元;刚度;强度【作者】郭忠武;罗成英;贺开宇【作者单位】四川省清源工程咨询有限公司,四川成都610072;四川省清源工程咨询有限公司,四川成都610072;四川省水利水电勘测设计研究院,四川成都610072【正文语种】中文【中图分类】TV7;TV735;TV22某水电站正常蓄水位以下水库库容为173.85万m3，日调节库容为110.89万m3，引用流量为161.8 m3/s，装机容量为3×38 MW，单独运行多年平均年发电量为4.773亿kW·h。
最大闸(坝)高27.5 m，泄洪闸段宽23.5 m，顺水流向长35 m，设置三孔水头为22.5 m，孔口尺寸为8 m×10.5 m (宽×高)的潜孔弧形工作闸门，该闸门的主要功能是在正常水位下闭门挡水，汛期开闸泄洪并可局部开启调节流量。
该泄洪闸弧形闸门横向设置2根主横梁，14根次横梁，纵向设置7根纵梁，横、纵向梁均与弧形面板相焊接。
主横梁采用箱型梁结构，次横梁由工字钢或槽钢构成，两边支臂为A形箱型斜支臂。
闸门结构采用液压启闭机启闭，操作条件为全水头动水启闭。
目前对于水工钢闸门的设计计算规范的方法是将其简化分解为若干基本部件，再按平面体系对每一部件进行设计计算[1]。
ansys课程设计弧形闸门
ansys课程设计弧形闸门一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握ANSYS软件在弧形闸门分析中的应用。
通过本课程的学习，学生将能够：1.理解弧形闸门的结构及其工作原理。
2.掌握ANSYS软件的基本操作。
3.学会使用ANSYS软件进行弧形闸门的应力、应变分析。
4.能够分析弧形闸门的结构优化方案。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.弧形闸门的结构及其工作原理。
2.ANSYS软件的基本操作。
3.ANSYS在弧形闸门应力、应变分析中的应用。
4.弧形闸门结构优化方案的分析。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：用于讲解弧形闸门的结构及其工作原理，ANSYS软件的基本操作等知识点。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生掌握ANSYS在弧形闸门应力、应变分析中的应用。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手操作，加深对ANSYS软件的理解和应用。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的ANSYS教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：推荐学生阅读与ANSYS相关的参考书籍，拓展知识面。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂趣味性。
4.实验设备：保障实验室设备的齐全，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的评估方式将包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置与课程内容相关的作业，评估学生的理解和应用能力。
3.考试：定期进行考试，评估学生对课程知识的掌握程度。
评估方式将力求客观、公正，全面反映学生的学习成果。
六、教学安排本课程的教学安排如下：1.教学进度：按照课程大纲进行教学，确保覆盖所有重要知识点。
2.教学时间：合理安排课堂时间，保证教学的连续性和完整性。
3.教学地点：选择适宜的教室进行教学，提供良好的学习环境。
弧形钢闸门有限元动力分析
弧形钢闸门有限元动力分析摘要：水工钢闸门在静水和动水启闭过程中，受到水压力作用而引起的闸门振动，闸门振动对人类来说百害无一利，必须避免它，减少它。
为此，必须弄清闸门振动的根源和振动对闸门强度、刚度、稳定性的影响，利用有限元法对闸门进行动力分析，用理论计算结果来指导闸门的动态检测试验和校核试验的结果。
因此闸门动力的有限元分析可作为闸门原型动态检测或模型的动力试验的补充和验证。
闸门有限元分析能有效的解决闸门原型检测中所不能解决的一些问题。
本文利用美国大型有限元分析软件ANSYS对弧形闸门的在静水和动水中的启闭进行理论的分析和研究，为年限已久、锈蚀严重的闸门进行安全评估提供必要的试验和理论计算基础，也为弧形钢闸门的设计提供参考依据。
关键词：弧形钢闸门；ANSYS有限元；分析；应用本文主要研究的是：（1）钢闸门空间有限元计算模型的建立；（2）闸门现场结构测试与分析。
1.1某水库溢洪道闸门简介某水库是以防洪、城市供水、灌溉为主，兼顾发电的综合利用水库。
水库防洪标准为500年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核。
土坝为均质土坝，长445m，最大坝高21.5m，坝顶高程为194.50m，坝顶宽度为6.0m，防浪墙顶高程为195.70m。
陡槽式溢洪道，由引水渠、闸段、整流段、陡槽段、渥奇段、消力池段、海漫段、防冲槽段、尾水渠段组成。
溢洪道共三孔，闸门尺寸12m×5.4m-7.0m，堰顶高程为182.00m。
现场检测时坝前水位188.13m。
为了从理论上验算闸门的强度情况，本次对水库钢工作闸门进行了有限元计算分析，有限元分析计算的具体工况为：钢工作闸门在设计水头（10.51m）的工况。
1.2有限元模型的建立（1）模型的导入将CATIA的模型以model格式导入ANSYS，经过对比验证，导入模型正确，具体见图1-1。
图1-1 ANSYS中闸门模型（2）单元体选择闸门仿真分析可以通过两种方式实现：①三维实体有限元模型，使用solid186单元体，优点是模型细节体现较好，缺点计算量较大，适合计算复杂空间几何体；②三维片体有限元模型，使用shell63单元体，优点是计算量较小，缺点是无法体现例如焊接等细节部分。
弧形闸门的有限元分析在液压缸选型中的应用
弧形闸门的有限元分析在液压缸选型中的应用林利芬1张开会2（1武汉软件工程职业学院，2芜湖市银鸿液压件有限公司）摘要：本文以3m弧形闸门为分析对象，以Femap &NX Nastran为有限元分析平台，对其从开闸到关闸的多个载荷步进行静力学分析，并提取多载荷步下的，油缸支撑位置的支撑反力，并提取整个周期的支撑反力数据，通过整个使用周期的油缸支撑反力的变化，对支撑油缸进行选型设计，并为同类型的弧形闸门支撑油缸选型提供设计参考。
关键词：弧形闸门Femap &NX Nastran 有限元计算支撑油缸1 概述弧形闸门是挡水面为圆柱体的部分弧形面的闸门，由于弧形闸门不用设置门槽，启闭力学性能好，作为工作闸门在各种类型的水道中应用。
铰接座位于弧形面的下端，启闭时闸门绕支承铰转动。
弧形闸门由门叶、铰接座、支撑杆、支撑油缸及液压系统组成。
本文以3m 弧形闸门为分析对象，在Femap有限元分析平台中，把其整个启闭过程，添加梯形载荷，分为多个载荷步进行分析，通过后处理提取油缸支撑处的载荷，并提取支撑反力数据，为油缸设计选型提供依据。
2计算模型建立采用有限元计算软件Femap With NX Nastran建立3m弧形闸门整体计算模型，下部铰接座采用MASS单元模拟；铰接座与铰接轴连接采用RBE2单元模拟（释放销轴方向自由度）；其余构件采用板单元模拟；上部油缸座及支撑架与弧形闸门的连接，按照固定连接处的节点处理；弧形闸门的面板、横筋和纵筋的材料均为Q235B。
各支点的边界条件见表1，计算模型如图1所示。
图1 3m弧形闸门计算模型表1 3米弧形闸门各支点边界条件表Dx Dy Dz Rx Ry RzA 1 1 1 1 1 0B 1 1 1 1 1 0C 1 1 1 1 1 1D 1 1 1 1 1 1说明：Di表示平动的自由度，Ri表示转动自由度；“1”表示约束，“0”表示自由，A、B、C、D分别为下部铰接座的下左支点、下部铰接座的下右、油缸的上左支点、油缸座的上右支点。
三维有限元法在钢闸门安全检测中的应用
三维有限元法在钢闸门安全检测中的应用作者：卜现港夏仕锋1.概况水工钢闸门在运行多年以后，由于锈蚀、磨损和老化等原因。
其安全性能有所降低。
根据SL101-94《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》的要求，应对闸门进行安全检测。
其中，强度和刚度是评价闸门安全性能的重要指标。
有些闸门的强度和刚度可以通过原形观测得到，而有些闸门不具备检测条件，如无法调节水位、水位过低等而不能检测。
有限元方法采用空间薄壁结构理论，所建立的模型能反映闸门的几何形状、工作特点，作为原形观测的有效补充和检验手段，可以发挥重要的作用。
本文以红枫电站滋洪道工作闸门为例，在没有进行原形应力和变形检测的情况下，采用ALGOR软件对闸门进行了三维有限元计算，并对如何利用计算结果判别闸门的强度和刚度作了详细的研究，为闸门的安全评估提供了依据。
红枫水电站位于贵州省中部，是猫跳河7个梯级电站的首级电站，具有发电、灌溉、防洪、供水、养殖、旅游等综合经济效益。
电站枢纽为二等工程，主要由大坝、左岸开敞式溢洪道、右岸引水发电隧洞（兼做防空洞）、厂房等建筑物组成，在溢洪道上设有4扇露顶式弧形钢闸门，闸门尺寸宽、高为12.0m*6.3。
电站于1958年开工，1959年底下闸蓄水，1960年建成发电。
由面板、主横梁、斜支臂、纵梁、水平次梁等构件组成，是典型的空间薄壁结构体系，闸门所承受荷载通过各构件的相互传递来共同承担。
为真实反映闸门各构件的受力状态，根据闸门的蚀余厚度建立了模型。
2 计算模型及参数2. 1 单元划分根据闸门结构形式和受力特点并结合构件的形状，将闸门面板、主横梁、边梁、支臂臂杆、支臂撑杆、纵梁腹板、水平次梁腹板等离散为板单元，纵梁翼缘、水平次梁翼缘、支臂间其他连接件等离散为梁单元。
据此所建立的闸门有限元计算模型见图1，计算模型的节点总数为8 263个，单元总数为9 810个。
在划分单元时使各个部件在相互连接处具有相同的节点，并且尽量使板单元长宽比接近于1,最大不超过3，以保证结果的准确性.图1 闸门结构有限元计算模型2.2约束处理闸门底部受铅直向支撑约束，在支铰处受3个方向位移约束及绕Y轴,Z轴的转动约束。