有限元课程设计(简单弧形闸门建模分析)
超大型三斜支臂弧形钢闸门设计及有限元分析
第 @@ 卷 增 5 人民珠江A =6=8 年 : 月ABCDEFE4GCE
超大型三斜支臂弧形钢闸门设计及有限元分析
杨宗儒甘志军张发茂
中水珠江规划勘测设计有限公司广东A广州A>56:56
表 #$闸门设计基本参数
数值
闸门参数
58 *
孔口高度
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防洪高水位
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封水高度
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闸门材料
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闸门容许应力调整系数
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图 5$闸门框架计算简图
!&%&#$主梁及支臂截面参数 考虑到闸门跨度大%挡水水头高%闸门主梁及支
臂均采用箱型梁结构& 主梁及支臂截面见图 56'55&
图 #"$闸门主梁截面 CC
!&%&!$结构计算 根据.水电站机电设计手册/ 及应力组合可分
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。
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。
最新 主横梁框架结构型式的三支臂弧形闸门的设计的方法分析-精品
主横梁框架结构型式的三支臂弧形闸门的设计的方法分析1 引言在水利水电工程项目中，弧形闸门是常见的门型之一，相对于我国使用较多的双支臂弧形闸门来说，三支臂弧形闸门拥有更多的优点：它能使主梁的高度降低；使门叶上的悬臂段部分减少；提高门叶刚度且有利于抗震；另外，三支臂弧形闸门的门叶重心更靠近支铰中心，有利于降低启门力。
其缺点是设计，制造较为复杂。
就目前来说，在三支臂弧形闸门的结构设计方面还没有较为成熟的方法。
因此，若能就三支臂弧形闸门的结构设计提出一套较为完善的方法，就能扩大其在水利水电工程项目上的应用，从而发挥其综合效益。
弧形闸门在结构布置上有主横梁式和主纵梁式，梁系的连接又有同层布置和叠层布置等。
在我国相关规范手册上明确指出叠层布置的弧形闸门，其梁系连接高度较大，整体刚度较同层布置的差；主纵梁式的弧形闸门，其分缝的拼接比较困难，制造加工要求较高，因此常用的弧形闸门结构型式为主横梁式同层布置。
文章将主要对此种型式的弧形闸门的设计进行分析和研究。
2 主横梁框架结构的计算方法主横梁框架结构计算方法是闸门平面体系算法的一种。
它是将支臂和主横梁看作一刚性框架。
水压力经面板，水平次梁和隔板传递给横梁主框架，而后再经过弧形闸门的支铰传递至混凝土基础。
当利用此种方法来对弧形闸门进行结构设计时，常常是将弧形闸门的面板和纵向梁系近似地按平板和直梁来进行计算；面板，水平次梁和垂直次梁均可按照平面闸门的相应构件来计算。
3 三支臂弧形闸门的基本设计类似于主横梁式的双支臂弧形闸门，三支臂弧形闸门的支臂和横梁被看作成一刚性框架，无论此框架的型式是何种（图1所示），必须先求得分别作用在上、中、下框架上的荷载Q上、Q中、Q下，然后再来对框架进行结构计算。
按照平面体系假设，弧形闸门的面板和纵向梁系近似的被看作是平板和直梁，那么即可按照平面直升闸门的计算方法来分别求得各框架所承受的荷载。
在实际工程中，弧形闸门框架要承受的荷载包括水压力，水封磨阻力，转动铰磨阻力，启闭力及自重。
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。
大顶子山航电枢纽工程表孔弧形闸门有限元分析
大顶子山航电枢纽工程表孔弧形闸门有限元分析发表时间：2012-12-20T10:38:23.170Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年9月供稿作者：陈栋[导读] 上支臂应力远大于允许应力。
同时上支臂弯曲应力较大，会显著降低上支臂的稳定性。
身份证号：3206 8319 78080 46416陈栋（南通巿精华建设工程监理有限公司）[摘要]：以大顶子山航电枢纽工程表孔弧形闸门为研究对象，建立三维有限元模型，对闸门结构进行静力计算。
在已有模型基础上对闸门进行了试验冰水压力作用下挡水工况的计算。
计算结果可为类似的工程提供参考。
[关键词]：弧形闸门；三维有限元；水压力；冰压力Dadingzishan Navigation Power Junction Engineering arc steel gate in finite element analysisID number: 320683************Chen Dong( Nantong City essence Construction Supervision Company Limited )[Abstract ]: in Dadingzishan Navigation power junction surface radial gate as the research object, the establishment of three-dimensional finite element model, the gate structure static calculation. In the existing model based on gate experiments were carried out under the action of water pressure water retaining condition calculation. The calculation results can provide reference for similar engineering.[ Key words] : the radial gate; finite element; water pressure; ice pressure1 概述松花江大顶子山航电枢纽工程表孔弧形工作闸门，孔口尺寸20×10m（宽×高），弧门面板半径13m，底槛高程106.00m，支铰高程115.5m，设计水头=10.00m。
大型弧形闸门静力特性有限元分析
０ 引言
保 闸门安 全 可 靠 运行 。本 文 以该 工 程 为 实 例 ， 立 建
了大 型弧 形 闸门 的有 限元 分析 模 型 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ软 应 ＮＹ
水 工钢 闸 门 的设 计 计 算 ， 目前 规 范 的方 法 是 将 件对 其在 各 种工况 下 的支 铰反 力 、 闸门应 力 、 移 挠 位
Ｆｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｆｓａ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｏ ａ ｇ — ｉｅ ａ ｉ ｌｇ ｔ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓｏ ｔｔｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｆｌ ｒ ｅ ｓｚ ｄ ｒ ｄ ａ ａｅ ｅ ｃ
谢 智雄 ， 周建方
ＸＩ ｈ —ｉｎ Ｚ Ｅ Ｚ ｉｘｏ 河海 大学 机 电工程学 院 ， 江苏 常州 ２ ３２ ） １０ ２
（ ｏｌｇ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ＆ Ｅ ｅ ｔｃ ｌＥ ｇｎ ｅ ｎ ｆＨｏ ａ Ｕｎｖ ｒｉ ， ａ ｇ ｈ ｕ２ ０ ２， ｉａ Ｃ ｌ ｅｏ ｃ ａ ｉａ ｅ ｌｃｒ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇｏ ｈ ｉ ｉｅｓ ｙ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ２ Ｃｈｎ ） ｉ ｉ ｔ １ ３
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弧形闸门闸墩受拉区数值分析
弧形闸门闸墩受拉区数值分析摘要：本文采用数值分析方法，对弧形闸门闸墩受拉区应力进行了分析，对工程设计有一定的借鉴意义。
关键词：弧形闸门牛腿闸墩受拉区数值分析1. 工程概况某节制闸闸室总长20m，总宽23.2m。
闸室分3孔布置，每孔净宽6.0m，底板高程78.441m，墩顶高程90.732m。
闸室为开敞式钢筋混凝土整体结构，中墩厚1.3m，边墩顶厚1.0m，底厚1.8m，底板厚1.8m。
设置3扇工作闸门和2扇检修闸门，工作门为弧形钢闸门，检修闸门为平面滑动叠梁门。
门库布置在闸室两侧，地下结构。
当采用弧形闸门时，闸墩上设置有牛腿以支承弧形闸门的支臂。
当闸门关闭时，二分之一的闸门推力由门轴支承传至牛腿，因而牛腿处闸门内有较大的集中应力。
2. 倒虹吸结构计算模型2.1基本参数闸底板高程78.441m，闸门高7.8m，孔口宽度6.0m，闸门半径10.975m。
闸室混凝土强度等级C30。
牛腿宽度b=1.5m，高度h=2.1m，牛腿中心高程为86.441m，如图1所示。
图1牛腿结构图2.2模型建立把闸墩当成固接于底板的悬臂结构进行建模，把计算出来的支铰处的力施加于牛腿上，分析牛腿的受力与闸墩受拉区域。
中闸墩、边闸墩单元划分见图2和图3。
图2中闸墩单元划分图图3边闸墩单元划分图2.4计算方案本次数值模拟建立三维模型，仅选取以下两种不利工况进行分析，即工况1：闸门全关承受静水压力：支铰最大反力1117.5kN，与水平线夹角31.1384°；支铰最大侧推力79.4 kN（支铰反力、侧推力计算过程略）工况2：闸门全关在启门瞬间，闸门承受静水压力和启门力叠加作用：支铰最大反力1307.3kN，与水平线夹角36.4109°；支铰最大侧推力91.8 kN3. 计算结果分析3.1中闸墩有限元分析表明，牛腿处闸墩内有集中应力，工况1最大值为1.3MPa，工况2最大值为1.52MPa。
在距离牛腿1.5m左右处，两工况应力分别为0.52MPa 和0.61MPa左右。
弧形钢闸门设计计算实例分析
弧形钢闸门设计计算实例分析摘要：本文主要根据某面板堆石坝工程弧形钢闸门的实例数据，就其结构布置和结构设计中一些重要参数进行了实际的计算验证分析。
关键词：弧形钢闸门；设计；计算；实例Abstract: In this paper, according to the instance data of CFRD tainter gate, it analyzed the actual calculation and verification on some important parameters of the structural layout and structure design.Keywords: tainter gate design; calculation; examples中图分类号: TV663.2本文将以工程实例为据通过具体的计算就弧形钢闸门工程设计进行分析。
重点对结构的稳定、强度及应力计算进行分析。
本文设计计算的内容主要包括框架内力分析、框架结构计算及启闭力计算。
一、水库工程概况说明大坝坝型为面板堆石坝，主堆石区以中下部强风化或弱风化岩体作为基础持力层，次堆石区以强风化岩体为基础持力层。
趾板应放在弱风化岩体中下部。
1）水库特性指标正常蓄水位：500.00m正常蓄水位以下库容：1492万m3设计洪水位：500.44m校核洪水位：501.70m总库容：1629万m3（校核洪水对应库容）死水位：474.00m死库容：327万m3调节库容：1165万m32）材料容重混凝土：24kN/m3钢筋混凝土：25kN/m3钢材容重：78.5kN/m3浆砌石：23kN/m3水：10kN/m33) 设计安全系数抗剪断公式：基本荷载组合K′≥3.00特殊荷载组合K′≥2.50闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置图见图1。
弧门半径R=9.0m，支铰高度H2=4.2m。
垂直向设置三道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为2.25m，边梁距闸门面板边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了5根水平次梁，其中上主梁以上布置1根，两主梁之间布置4根。
弧形钢闸门有限元分析及安全性评价
89第45卷 第07期2022年07月Vol.45 No.07Jul.2022水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言某电站泄洪坝段共分为23个土建坝段[1]，每坝段中部设置1个深孔，每个孔道末端设置弧形工作闸门，孔口尺寸7 m×9 m，设计水位为175 m，从安装至今，深孔弧形工作闸门长期服役超过20年。
鉴于深孔弧形钢闸门所处干湿交替的环境，长期服役导致构件发生低周疲劳等原因，闸门结构的安全性会有所降低，为确保深孔弧形钢闸门的安全稳定运行，某电站每年会根据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》[2]的要求，依据《水利水电工程钢闸门设计规范》[3]对弧形钢闸门进行在役安全性评价。
弧形闸门的安全性评价方法有原型观测试验、水弹性模型试验、数值分析或三者结合的方法[4]。
原型观测试验是指在工程现场对工程及相关影响因素进行的观察、监测和分析的活动[5]，但是由于工程条件的限制和原型观测试验技术标准的不统一[6]，部分弧形闸门无法开展原型观测试验或者试验数据准确性存疑；水弹性模型试验法是通过建立水弹性模型来研究弧形闸门的动力特性参数[7]，但由于水弹性模型试验周期长、成本较高且往往所测节点数量较少，至今还无法实现真正完全水弹性相似模拟试验[4]；数值分析法则按空间结构体系建立弧形闸门有限元模型，不仅能充分体现出闸门较强的空间效应，而且能准确地计算出各构件的内力、应力及变形[8]。
文中采用有限元对某电站泄洪深孔弧形钢闸门的强度和刚度进行分析，依据《水利水电工程钢闸门设计规范》[3]对弧形钢闸门进行在役安全性评价，并将有限元结果与现场实测数据相对比，进一步验证闸门的安全性。
1 分析模型1.1 有限元模型及材料特性根据深孔弧形工作闸门结构图纸，在SolidWorks 软件中建立闸门三维实体模型（图1所示），并将三维模型导入ANSYS Workbench 中，采用实体单元对闸门进行网格划分，选择4节点四面体单元（Solid187 element)和8节点六面体单元（Solid185 element)。
沙沱水电站溢流坝三斜支臂弧形闸门三维有限元分析
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弧形工作闸门三维静动力有限元分析
弧形工作闸门三维静动力有限元分析◎ 顾富星1 岳桃丽21.广东中灏勘察设计咨询有限公司；2.肇庆市财政局投资评审中心摘 要：弧形工作闸门的三维静动力有限元分析旨在研究该闸门在不同工况下的结构响应和动态特性。
使用有限元软件，将弧形工作闸门的几何模型建模成三维结构，并设置相应的材料属性、约束条件和加载情况。
通过施加适当的边界条件和加载，模拟不同工况下的结构响应。
采用静力学和动力学分析方法，计算并评估闸门在各个工况下的应力、变形、振动等参数。
在某些特殊工况下，如极端荷载或地震等情况下，闸门可能会出现一定程度的应力集中和振动增加，需要进一步考虑增加结构强度或采取减振措施，针对静动力的有限元分析将进一步为改进设计提供参考依据。
关键词：弧形工作闸门；三维静动力；有限元分析1.引言弧形工作闸门是一种常见的水利工程设施，广泛应用于水电站、水库和船闸等场所。
其主要功能是控制水流的通断和水位的调节[1]。
在正常运行条件下，弧形工作闸门需要承受来自水压力、风压力以及地震等外部荷载的作用。
因此，对于弧形工作闸门的结构稳定性和动态响应进行准确的分析和评估具有重要意义。
本文旨在通过三维静动力有限元分析方法，研究弧形工作闸门在不同工况下的结构响应和动态特性。
通过对这些参数的分析和评估，判断弧形工作闸门是否满足设计要求，提高其结构的安全性和可靠性。
2.弧形工作闸门概述2.1弧形工作闸门的设计原理弧形闸门（radial gate）是一种具有圆柱体形状的闸门，其挡水面为部分弧形面。
该闸门的支臂通过支承铰位于圆心，启闭时闸门绕支承铰点旋转[2]。
弧形闸门由转动门体、埋设构件及启闭设备三部分组成。
相比其他类型的闸门，弧形闸门不需要门槽，因此启闭力较小且水力学条件更加优越。
因此，在各种水道工程中，弧形闸门被广泛应用作为工作闸门。
2.2存在的问题和挑战弧形工作闸门三维静动力分析面临以下一些问题和挑战：2.2.1复杂的几何形状弧形工作闸门通常具有复杂的几何形状，包括曲线、弧形和斜面等。
董箐水电站三斜支臂弧形闸门三维有限元分析
董箐水电站三斜支臂弧形闸门三维有限元分析董箐水电站是一座重要的水电站，拥有高效的发电能力和先进的技术设备。
其中，三斜支臂弧形闸门作为其关键部件之一，在水电站的水位调节中起着重要的作用。
本文将介绍三斜支臂弧形闸门的三维有限元分析。
首先，我们需要了解三斜支臂弧形闸门的结构。
三斜支臂弧形闸门由主拱顶、拱梁、桥段支臂、抬拱拉杆、三斜支臂和闸门箱体等组成。
闸门箱体由两根竖直柱和一根水平梁相连接，支持着整个结构。
当水库水位升高时，闸门拦截水流，防止水位继续上升。
在三维有限元分析中，我们需要根据实际的工程条件，建立合适的模型。
首先，我们需要确定各个零部件的材质、尺寸和受力情况。
通过工程测量，我们可以得到三斜支臂弧形闸门各个部件的几何尺寸。
同时，结合实际的水力参数，我们可以计算出不同水位下的受力情况。
然后，在建立三维有限元模型时，我们需要将实际的物理结构转化为一个数字模型。
我们可以使用专业的有限元分析软件建立模型，包括模型的几何形状、材料属性、边界条件和加载情况等。
通过模型的分析，可以得到不同水位下的应力、变形和振动情况。
在分析的过程中，我们需要注意以下几点：首先，要根据实际情况设置合适的计算步长和网格密度；其次，要考虑到不同零件之间的相互作用和耦合效应；最后，要根据分析结果进行合理的优化和改进，提高闸门的性能和稳定性。
总之，三斜支臂弧形闸门的三维有限元分析是一项复杂的工程技术，在实际工程中起着重要的作用。
通过合理的分析和优化，可以提高闸门的使用寿命和稳定性，为水电站的运行和发电做出贡献。
抱歉，根据您的问题，我无法确定您需要的是哪方面的相关数据进行分析。
可以提供一些背景或者更具体的问题，我将尽力为您提供所需的数据分析。
抱歉，根据您的问题，我无法确定您需要分析的案例具体是哪个领域或者相关背景是什么。
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乐昌峡溢洪道弧形闸门有限元静动力分析
摘 要 ： 针对 乐昌峡溢 洪道弧形 闸门，建立 了以板壳单元为主 的空 间三维有 限元模 型 ，采 用 Ｎ Ｓ Ｒ Ｎ软件计 算 了最不 ＡＴ Ａ 利工况下 闸门的应力 、变形和屈 曲特性 ，以及 闸门开启状 态下的 自振特性 ，并介绍 了相应 的水力 学模 型试验成果 。计 算 结果表明 ：闸 门的强度 、刚度和稳定性均 满足规 范要求 ，同时闸门基频和过 闸水流主频差距较 大 ，闸门发 生共振的概 率
门设计 计算有 参 考意义 。 １ 有 限元模 型
在 重力 坝 中部 ，为 ５孑 潜 孔 式泄 洪 闸 ，其 工 作 闸 门要 Ｌ
求 动水 启闭 、调节 流 量 ，闸 门 门型 采用 潜 孔 式 斜支 臂 弧 形 闸门 ，启 闭设 备 采 用 Ｑ Ｌ Ｈ Ｙ型 液 压启 闭机 ，容 量
为 ２× ５ ０ Ｎ。 ２０ ｋ 乐 昌峡 溢洪 道 弧形 闸 门设 计 水 头 为 ２ ． ｍ，承 受 ８４
实体单 元模 拟 。
总水 压力 ３ ６ ｋ ０５ ７ Ｎ，是 关 系枢 纽安 全 的重要 设 施 。本 闸门在 工 程 设 计 中 采 用 的是 基 于 平 面 体 系 的 简 化 算 法 ，为 了校 核弧 形 闸 门 的安全 性 ，了解 闸门 在工 作 时 的受力 情 况和振 动 特 性 ，有 必 要对 闸 门结 构进 行 空 间 三维有 限元 分析 。这种 空 间 体 系分 析 方 法 由于建 模 时 采用 了 闸门 的实 际结 构 ，所 以更 能真 实 地 反 映各 构
１ １ 单 元划 分 ． 本 弧 形 闸 门尺 寸 为 １ ． ｍ ×１． ｍ，面板 弧 面 半 ２０ ０７ 径 为 １ ｍ，门叶结 构 为 双 主 横梁 式 ，支承 采 用 斜 支 臂 ５ 圆柱铰 ，轴 承为 自润滑 球 面滑动 轴承 。 弧 形 闸门属 于空 间薄 壁 结构 ，构 成 闸 门结 构 的 主 要 为不 同厚度 的板 件 。根 据这 个 特 点 ，闸 门有 限 元类 型主要 选用 节点 ６自由度 的 板壳 单 元 ，包 括 面 板 以及 主横梁 、水 平 次 梁 、竖 直 次 梁 、底 梁 、边 梁 、翼 缘 、 肋 板 和支臂 等均 采用 板 壳 单元 模 拟 ；弧 门支 铰 则 采 用
弧形钢闸门三维非线性有限元分析
１ ０２
河 北 农 业 大 学 学 报
第３７卷
门因采用平面假定 体 系 设 计 方 法，导 致 计 算 结 果 与
实际的空间受力状 态 有 一 定 的 偏 差，从 而 引 发 安 全
事 故 。 近 ３０ 多 年 来 ，空 间 有 限 元 法 逐 渐 成 熟 并 在 弧 形钢闸门三维分 析 方 面 得 到 应 用，文 献 ［１～２］分 别 对不同工程的弧形钢闸门三维实体模型进行了线性
１ 弧形钢闸门的有限元模型
某水库泄洪洞的工作闸门为一扇潜孔式弧形钢 闸门，该弧形闸门设计水头为４７ｍ，闸门宽为４ｍ，高 为４．５ ｍ，面 板 外 弧 面 半 径 为 ９ ｍ，面 板 厚 度 为 １６ｍｍ，为增加闸门的刚 度 和 整 体 性，该 弧 形 钢 闸 门 梁系采用实腹式等高连接和降低连接。闸门结构材 料为 Ｑ２３５钢材，其性能指标：泊松比 ０．３，弹 性 模 量 ２．０６×１０１１ Ｐａ，材 料 密 度 ７．８５×１０３ ｋｇ／ｍ３。在 ＡＮ－ ＳＹＳ分析中，弧 形 闸 门 面 板 选 用 ４ 节 点 ６ 自 由 度 的 ｓｈｅｌｌ１８１单 元 ，横 纵 梁 和 支 臂 均 采 用 ２ 节 点 ６ 自 由 度 的 ｂｅａｍ１８８单元 模 拟 。 整 个 闸 门 的 离 散 模 型 的 单 元 总 数 为 １ ２７８ 个 ，节 点 总 数 为 １ ６０９ 个 。 闸 门 的 有 限 元 模 型 见 图 １。 如 果 考 虑 面 板 顶 部 的 ２ 块 加 劲 肋 ，由 于该加劲肋属于空间薄壁结构，因此，也选用４节点６
中 图 分 类 号 ：ＴＶ３
文 献 标 志 码 ：Ａ
３Ｄｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒａｄｉａｌ ｓｔｅｅｌ ｇａｔｅ
弧形闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计
弧形闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计随着水利工程的不断发展，弧形闸门作为一种重要的水利控制设施，被广泛应用于水库、船闸、引水渠等场所。
为了确保闸门的稳定性和安全性，对其进行参数化有限元分析和结构轻量化设计成为了必要的工作。
首先，对弧形闸门进行参数化建模是有限元分析的关键步骤。
通过建立合适的几何模型，将闸门划分为多个有限元单元，可以更精确地描述闸门的形状和结构。
根据闸门的实际情况，确定参数化模型中的关键参数，如闸门的半径、角度、厚度等，以及闸门的材料特性。
通过改变这些参数，可以对不同形状和尺寸的闸门进行有限元分析，研究其受力和变形情况。
在进行有限元分析时，需要考虑到弧形闸门所承受的水压力、重力和地震力等外部荷载。
通过应用力学原理和有限元法，可以计算出闸门在不同工况下的应力、变形和位移等参数。
通过对这些参数的分析，可以评估闸门的结构强度和稳定性，确定设计是否满足工程要求。
根据有限元分析的结果，可以对弧形闸门的结构进行轻量化设计。
通过优化闸门的几何形状和材料使用，可以达到减轻闸门自重、降低材料消耗和提高工程经济效益的目的。
例如，可以通过改变闸门的截面形状、增加材料的强度和刚度等方式，提高闸门的结构性能，减少材料的使用量。
同时，还可以考虑使用新型材料，如高强度钢材、复合材料等，来替代传统材料，以实现轻量化设计。
总之，弧形闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计是水利工程中重要的研究内容。
通过建立合理的参数化模型和进行有限元分析，可以评估闸门的结构性能，为设计提供科学依据。
而结构轻量化设计则可以减轻闸门自重、降低材料消耗，提高工程经济效益。
这些研究成果将对水利工程的发展和建设起到积极的推动作用。
某箱型结构弧形闸门自振特性的有限元分析
某箱型结构弧形闸门自振特性的有限元分析刘鹏鹏;郑圣义【摘要】作为一种常用档水构件,闸门被广泛的应用在各种挡水建筑物中,因此它的安全性关乎人民的生命和财产安全.闸门在全部或局部开启时,往往会发生振动,有时甚至在关闭蓄水时也会产生振动.因此,闸门的动力特性以及与其相关的闸门动力响应和动力稳定问题,是水工结构工程中亟待解决的一个重大问题.针对某水利工程中实际应用到箱形结构闸门用ANSYS进行自振分析,并讨论在两种约束情况下的闸门的振型,以此获得数据分析此闸门在运行过程中是否安全.%Sluice gate is wildly used in various water-retaining Structures,it is of great importance to the life and property safety of the people.when the gate is fully or partially opened,the vibration would occurs at the gate,even at the situation of closing the gate for water storage.Therefore,the dynamic characteristics and its corresponding response as well as the dynamic stability are significant problems which need urgent solution in hydraulic structure engineering.The self-vibration of one sluice gate in practical project is analyzed by using FEM software ANSYS.The results of vibration mode under two kinds of constraints are discussed.The data acquired from the FEM analysis is used to check whether the sluice gate is safe or not during its working period.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2013(042)004【总页数】3页(P172-174)【关键词】闸门;ANSYS;动力特性;箱型结构;自振分析【作者】刘鹏鹏;郑圣义【作者单位】河海大学水利水电学院,江苏南京210098;河海大学能源与电气学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TH12;O241.820 引言弧形闸门振动是一种流激振动。
有限元课程设计(简单弧形闸门建模分析)
有限元课程设计题目:弧形门有限元静力分析几何：面板: R=16m t=0.12m 所对圆心角56°；水平主梁工字形截面: W1=0.3m W2=0.6m W3=1m t1=t2=0.016m t3=0.02m ；水平次梁、竖梁工字形截面： W1=0.1m W2=0.1m W3=0.2m ，t1=t2=0.01m t3=0.012m ；大臂空心矩形截面: 0.4m ×0.6m ，壁厚0.02 m ；载荷: 1. 静水压力,沿主法线方向作用于板面；水平面高度等于门高的0.9倍 2. 自重. 约束: O 1 O 2两点除绕z 轴转动自由度外全部约束，底边各节点约束Y 方向移动自由度。
材料: E=2.1e11 Pa , μ=0.3，ρ=7800kg/m 3要求: 提交手写纸质报告, 内容包括：1. 问题描述； 2. 求解大致过程：单位制选择，单元类型选择， 板梁元的建立，梁方向的调整，约束的给定，载荷的施加，梁端自由度的释放，板梁形心的偏移等；3. 结果分析：应力和变形分布情况及最大值，结论。
结果可附 综合变形分布图和V onMises 应力云图。
另外，每个同学都要答辩，答辩问题就是答辩提纲上的16道题，随机抽2-3道。
时间: 地点: 自己定注意:每个同学的弧门半径为16米加上自己学号后三位的小数，例如某同学学号961010111，则R=16.111mANSYS 环境下上机提示1． 起动ANSYS ：开始→程序→ANASYS57→RUNINTERACTIVE ； O 2AC D B z56°14m14myx z ’ x ’O 1x ’y ’ O 0.12 板与加强筋连接形式示意图 支铰高h3 x O y O 1 门高h1h2R -30° 26° MN2°液面高弦长2sin2MN R θ= 门高h1=MNcos2° 液面高h2=0.9 h1 支铰高 3sin(2)2h R θ=+︒ 弧门一些几何尺寸的计算2．Utility Menu-File-Change Job name-给出自己的文件名；3．主菜单Main Menu，预先设置Preference，分析类型 Structural；采用国际单位制，长度m、力N、弹性模量Pa、密度kg/m3、静水压力载荷梯度N/m3、加速度m/s2。
划子口河闸弧形钢闸门三维有限元分析与安全评估
稳 的部 位在跨 中水平 次梁处 ， 建议适 当加密跨 中纵梁 ， 以减小水 平次梁计 算长度 ， 提高稳定性 ．
１ 计 算 模 型 和 参 数
１ １ 荷载 分 类及其 取值 ． 工况 组合 分 ４类 ： １ 设计 荷载 组合 ， 闸 门 自重 、 计水 位组合 下 的静水 压力 、 水压 力 ； ２ 开 闸荷 载 （） 取 设 动 （）
组合 ， 闸 门 自重 、 取 上下 游开 闸水 位组 合 下静 水 压 力 、 动水 压 力 、 闭力 ； ３ 校 核荷 载 组 合 ， 闸 门 自重 、 启 （） 取 校 核水 位组 合下 的静 水压 力 ；４ 地震 荷载 组合 ， 闸 门 自重 、 （） 取 静水压 力 、 动水压 力 、 地震 动水 压力 ．
闸 门 自重 的重力 加速度 取 １ ｓ钢 材重 度取 ７ Ｎ ｍ ， 铜为 ８ Ｎ ｍ ． 水压 力垂 直作 用 于门 叶 ， ０ｍ ／ ， ８ｋ ／ 青 ５ｋ ／ 静 动 水压 力采 用静水 压力 乘 以 １２的动 力系数 ． 震动 水压 力 按下 游 有水 取 值 ， ． 地 设计 烈 度 为 ７度 ， 占静 水 压 力 的 ４ ３ ％ ． 门启 闭通过 约束 吊耳 的启 闭杆方 向位 移 ， ．３ 闸 由模型 的力 平衡 自动计 算 ．
关
键
词 ：弧形闸门 ； 限元分析 ； 有 结构安全性
中图分类 号 ： Ｖ ６ ２ Ｔ ６ ３ ．
文献标 志码 ：Ａ
文章编 号 ： ０ ９ ６０ ２ １ ） ５ ０ ３ — ６ １０ — ４ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ６ ０
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有限元课程设计题目:弧形门有限元静力分析几何：面板: R=16m t=0.12m 所对圆心角56°；水平主梁工字形截面: W1=0.3m W2=0.6m W3=1m t1=t2=0.016m t3=0.02m ；水平次梁、竖梁工字形截面： W1=0.1m W2=0.1m W3=0.2m ，t1=t2=0.01m t3=0.012m ；大臂空心矩形截面: 0.4m ×0.6m ，壁厚0.02 m ；载荷: 1. 静水压力,沿主法线方向作用于板面；水平面高度等于门高的0.9倍 2. 自重. 约束: O 1 O 2两点除绕z 轴转动自由度外全部约束，底边各节点约束Y 方向移动自由度。
材料: E=2.1e11 Pa , μ=0.3，ρ=7800kg/m 3要求: 提交手写纸质报告, 内容包括：1. 问题描述； 2. 求解大致过程：单位制选择，单元类型选择， 板梁元的建立，梁方向的调整，约束的给定，载荷的施加，梁端自由度的释放，板梁形心的偏移等；3. 结果分析：应力和变形分布情况及最大值，结论。
结果可附 综合变形分布图和V onMises 应力云图。
另外，每个同学都要答辩，答辩问题就是答辩提纲上的16道题，随机抽2-3道。
时间: 地点: 自己定注意:每个同学的弧门半径为16米加上自己学号后三位的小数，例如某同学学号961010111，则R=16.111mANSYS 环境下上机提示1． 起动ANSYS ：开始→程序→ANASYS57→RUNINTERACTIVE ； O 2AC D B z56°14m14myx z ’ x ’O 1x ’y ’ O 0.12 板与加强筋连接形式示意图 支铰高h3 x O y O 1 门高h1h2R -30° 26° MN2°液面高弦长2sin2MN R θ= 门高h1=MNcos2° 液面高h2=0.9 h1 支铰高 3sin(2)2h R θ=+︒ 弧门一些几何尺寸的计算2．Utility Menu-File-Change Job name-给出自己的文件名；3．主菜单Main Menu，预先设置Preference，分析类型 Structural；采用国际单位制，长度m、力N、弹性模量Pa、密度kg/m3、静水压力载荷梯度N/m3、加速度m/s2。
单位制自己掌握。
4．前处理Preprocessor，定义单元类型Element Type-Add/Edit/Delete，定义板单元和梁单元：Structural-Shell93，Beam189两种。
5．定义实常数Real Constant-Add给出板单元厚度0.12。
6．定义材料：Main Menu-Preprocessor-Material- Material Models-左窗口Material Model Number 1, 右窗口Structural-Linear-Elastic-Isotropic给出弹性模量和泊松比及密度7．定义梁截面Section-Beam-Common Sections-Sub Type选择工字型：W1=0.3m W2=0.6m W3=1m t1=t2=0.016m t3=0.02m截面形心位置偏移以便与板接合Offset To Location Z= -0.06，这是第一种截面，取名Main Beam，截面号1；改截面号2，取名Beam2，Sub Type选择工字型：W1=0.1m W2=0.1m W3=0.2m t1=t2=0.01m t3=0.012m，偏移Offset To Location Z= -0.06；改截面号3，取名Big Arm，Sub Type选择空心矩形：W1=0.4m W2=0.6m t1=t2= t3=t4=0.02m。
8．创建板面及竖梁几何模型，先将坐标平面移到轴线端点：Utility Menu-Working Plane –Offset WP By Increment （0，8，0）；创建部分圆柱体Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create- V olume-Cylinder-Partial Cylinder –圆心（0，0）内半径0，外半径16，起始角度-30°，终了角度16°，高14；删除体和没用的面，Delete –Volume、Area Only；复制弧线Copy-Lines-选中母本，沿z方向复制7次，步长2；9．创建水平梁几何模型：建立圆柱局部坐标系Utility Menu-Working Plane –Local Coordinate system-Create Local CS-At WP Original- 给出坐标系号11，类型1= Cylinder ，将当前坐标系改为圆柱局部坐标系Utility Menu-Working Plane –Change Active CS To –Special Local CS-给出坐标系号11。
复制水平直线最为水平梁的几何模型Copy-Lines选中最底下边作为母本，沿圆弧方向复制8次，步长（0，7°，0）。
将当前坐标系改为正体坐标系Change Active CS To –Global Cartesian。
注意随时保存模型。
10．网格剖分：剖分面单元Main Menu-Preprocessor-Meshing Tools-，选Element Attributes下拉表中的Areas单击Set，弹出面特性设置对话框，材料MAT=1，实常数REAL=1，单元类型TYPE=1，截面SECT= ，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，弧线边线8等分。
Mesh Areas。
注意随时保存模型。
11．剖分水平主梁，选Element Attributes下拉表中的Lines单击Set，弹出线特性设置对话框，材料MAT=1，实常数REAL= ，单元类型号TYPE=2，截面SECT=1，选择方向点Pick Orientation Key Point 设为Yes，选原点处的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，Mesh Lines。
12．剖分水平次梁，线特性设置， MAT=1， REAL= ， TYPE=2， SECT=2，选原点处的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，Mesh Lines。
13．剖分竖直方向梁，先在原点与关键点（0，0，14）之间创建6个关键点：Main Menu- Preprocessor-Modeling-Create-Key Point-Fill Between N1 N2。
线特性设置， MAT=1， REAL= ， TYPE=2，SECT=2，选各线对应的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines竖直方向梁弧线8等分，Mesh Lines。
14．合并重合节点，使梁与板节点结合在一起，Main Menu- Preprocessor-Numbering Control-Merge Items-Node给定重合容差Range of coincidence=0.5。
15．建立大臂模型，在A、B、C、D处建立关键点Create-Key point On Nodes，生成线Create-Lines-Straight Lines，剖分材料MAT=1，实常数REAL= ，单元类型TYPE=2，截面SECT=3，选择方向点Pick Orientation Key Point设为Yes，选A、B、C、D处关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines 8等分，Mesh Lines16．再次合并重合节点，使大臂梁与板节点结合在一起。
保存模型。
17．以实体方式显示单元，查看板梁接合情况是否正常，Utility Menu-Plot Ctrl-Style-Size And Shape ，将Display of Element设置为打开状态（On），OK；若不对修改Offset值。
18．进入求解器：Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis Static, OK;19．施加约束：Main Menu-Solution-Loads-Apply-Structural-Displacement-On Lines,选择底边施加y方向固定约束Dy=0，选择大臂支点，除绕z轴转动外约束所有其他自由度Displacement-On Node，Dx，Dy，Dz，Rx，Ry；20．施加载荷，静水压力载荷设置：-Loads-Settings-For Surface Ld-Gradient- 载荷梯度Slope Value= -9800 , 方向Slidir=Y, 零压力面坐标SlZER=12，坐标系SLKCN=0 ，OK 。
Loads -Apply-Structural-Pressure-On Elements,选择下面六排单元施加静水压力载荷，VALUE=0。
施加重力加速度：Main Menu-Solution-Loads- Apply- Structural-Gravity-. Y方向+9.8,OK21．显示静水压力Utility Menu-Plot Ctrl-Symbols弹出对话框，在Surface Load Symbols列表中选择Pressure，Show Pres and convent as列表中选择Arrows，单击OK；若方向错，删除重加，面号给2。
22．选择所有实体，Utility Menu-Select Everything，实体显示。
23．求解：Main Menu-Solution-Solve- Current LS24．进入后处理：Main Menu-Post Processor-Read Results-First Set, -Post Processor-Plot Results-Nodal Solution- 显示总变形，相当应力；制作总体变形动画，Utility Menu- Plot Ctrl-Animate-Deformed Results八、一块尺寸为12m×3m，厚度为0.01m的钢板焊接到一刚架上，刚架四边外框尺寸为12m×3m，为0.1m ×0.1m×0.01m方形截面型钢，在横向等间距设置两条纵向L型截面型钢：0.1m×0.12m×0.01m，已知材料的弹性模量和泊松比分别为E=210GPa，μ=0.3，密度ρ=7800kg/m3。