水工闸门振动问题研究现状及发展趋势浅析
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鉴意 义 。
高以及仅能测量少数几个节点的振动响应值 的缺 陷。因此 ，其很难做到真正意义上的 水弹性相似模拟。对于模型试验法 ，其制
约 因素仍然是 水弹性材料的发展，因此模
型试 验法 其主要 方 向即为寻 找更适 合的水 弹
３ 闸门振动特性研究的计算方法
Ｉｆ 的振 动涉及水流条件、边界 条件 ｍｑ ｑ 以及闸门 自身结构的 自振特性等方面 ，并 且水流与闸门之 间的流固耦 合作 用不可忽 略 ，这就决定 了ｌ ｆ 振动问题研究的复杂 ｉｑ － ￣ Ｊ 性 。 目前 国 内 外 学 者 主 要 采 用 原 型 观 测 法 、模型试验法以及数值分析方法进 行闸 门 自振特性 的研 究。
３ ｉ 型观测 法 ．原
性材料进行模 型的制作 ，以便更精确的模 拟 闸 门 结 构 以 及 水 流 的 各种 条件 。 ３３数值分析方法 ． 由于模型试验方法具有以上较准解决 的 缺 陷 ，随 着 数值 计 算 理 论 研 究 尤其 是 计 算机技术的飞速发展 ，出现了大量的功能 十 分 强大 的 有 限 元 分 析软 件 ，这 使 得 利 用 有限元方法对闸门结构以及应力进行计算成 为了可能 。对于闸门的计 算，以前 由于计 算机硬件水平的限制，对闸门整体振动的 研 究一般简化 为按 平面体系的计算方法 ，
承工闸门振 动问题
研究现状及发展趋势浅析
孙 小峰 马益全 河海 大学机 电工程学院 ２ ５２ １０２
３２模 型试验法 ． 分 析 了闸 门振 动 产 生 的原 因 ， 闸 ｒ振 动 对 ． １ 模 型 试 验 方法 主 要 通 过 建立 水 弹性 试 问题研 究现 状进行 了简单介绍 对国 内外 Ｊ 对其进行比较 ，并分析 了附加水体质量 对 － 验模 型来进行闸门 自振特性的研究。闸门 ． 研 究闸 门 自 特 性 所 普遍 采 用的 原 型观 测 这 门 自振 特 性 的影 响 ，为 完 善 闸 门 结 构 的 模型需 同时模拟水流 条件以及闸门 自身结 振 Ｉ对于闸门与水体之间的 构，所以材料的选取就成 为了模型试验法 法、 模型试验 法以及数值计算方法进行 了 设计提供了依据Ｉ 比较 ，分析其优缺点。阐述 了闸门 自振特 流 固耦合作用方面 ，古华 ，严根华考虑了 中的关键环节 ，目前国内已经有许多学者 性 的研 究趋 势 。
很小。
在 水 利 水 电工 程 中 ，水 工建 筑 物 的振
动问题长 久以来一直难以得到较好的解决 。 其 中，尤其是水３ ｌ ｌ 的振动是绝大多数 ：ｑ＇ ￣ｑ ， 水工建筑物破坏的根本原因，由于其结构 和工作条件的复杂性 ，使得其在工程运用 中存在着诸多安全稳定性问题。从闸门事 故分析来看 ，闸门破坏时往往都伴随着强 烈的振动。因此 ，研究闸门的 自振特性对 同类产 品结构 的设计 以及安 装具有 一定 的借
２ 闸门振动特性在 国内外的研究 现 状
闸门振 动 危害 很 大 ，长 期以 来 已经 有
其计算过程比较简单。但在实 际上 ，闸门 及不同开度下闸门结构 的动 力响应 （ 包括 ｆ 是 一 个 完 整 的空 间结 构 体 系 ，如 果 仅按 平 位移 、动应 力和振 动加速度等 ） ，并对闸 面体系计算各个组成构件的内力，并不能
果水 的脉动 压力频率 和闸 门的 自 频率 相接 振 近 ，就 会 激 发 共振 ， 使得 Ｉ Ｉ 结 构 发生 破 ￣＇ Ｉ３ ，
坏 。
原 型观 测 法 主 要通 过 对 已建水 利 工 程
原型进行观察和测量 。一般测量作用与闸 门面板的水流脉动压 力载荷 、闸门的动特 性 （ 括 １ 频 率 、 阻 尼 比 和 振 型 ） 以 包 ９振
中国科技信息 ２ １ ０ ０年第 ２ ３期
Ｃ ＩＡ Ｓ Ｉ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ＩＦ Ｒ ＴＯ ｅ ．０ ＨＮ ＣＥ Ｅ Ａ Ｄ ＴＣ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｏ ＭＡ ＩＮ Ｄ ｃ２ １ Ｎ ０
Ｄ Ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ１０ － ９ ２ ２ １ ．３ ０ １ Ｏ： ０ ３６ ／ ． ｓ ．Ｏ １ ８ ７ ．００ ２ ．７ ｓ
以及屈曲失稳等静力特性进ห้องสมุดไป่ตู้ 了分析计算 ， 并在不同计算模式下计算闸门的 自振特性 ，
流固耦 合效应对闸门结构自振特性的影响 ，
闸门； 自振特性 ；研 究方法 ；前景
对这种模型材料进行 了研究 ，并取得 ＿一 ｒ 应用ＡＮ Ｙ 软件对ｌ ｆ的 自振特性进行了 １ 定的 研 究 成 果 。 模 型试 验 法 在 解 决 闸 门与 ＳＳ ｉｑ － ￣ Ｊ 分析计算 ， 取得了流体对结构 自振特性的影 水体的流固耦合作用方面具有理论分析不可 响规律 ，并探讨了流固耦合液相长度的取 比拟的优势，它可以避开流固耦 合振动在 值范围，为闸门流固耦合振动杵 ｆ研究提供 生 理论 上 目前 尚未解决的许多困难 。但它也 了 依 据 ｌ；此 外 ， 在水 流 状 况 对 闸 门 影 响 具有一定的局限性 ：虽然能够模拟闸门的 ２ ｌ 方面 ，Ｔｈ ｎ ａ ｇ等研究 了下泄水流对闸门竖 【 流激振动特性 ，但严格模拟 非常 困难 ；同 向振 动的 作用 ，认为振 动 与闸 门几何 尺 时 ，水弹性模型还具有试验周期长 、成本 寸 、水流动 力及 系统的 动 力特 性特 征 有 关 ，并有试验表明 ，ｌ ｌ仅在一个小范围 ￣＇ －－ ＪＪ 内发生强烈振 动 ，其他范 围内的振动幅度
１ 闸门振动产生的原 因
闸门振动是一种特殊 的水力学问题 ， 其振 动 涉 及 水流 条 件 、闸 门 结 构以 及水 流 和 闸门之 间的相 互作 用 ，属流体 诱发振 动。当闸门开启泄流时 ，受周 围边界条件 影 响 ，动 水 作 用 于 Ｉ Ｉ产 生 脉 动压 力 ， 如 ￣＇ Ｉ３
高以及仅能测量少数几个节点的振动响应值 的缺 陷。因此 ，其很难做到真正意义上的 水弹性相似模拟。对于模型试验法 ，其制
约 因素仍然是 水弹性材料的发展，因此模
型试 验法 其主要 方 向即为寻 找更适 合的水 弹
３ 闸门振动特性研究的计算方法
Ｉｆ 的振 动涉及水流条件、边界 条件 ｍｑ ｑ 以及闸门 自身结构的 自振特性等方面 ，并 且水流与闸门之 间的流固耦 合作 用不可忽 略 ，这就决定 了ｌ ｆ 振动问题研究的复杂 ｉｑ － ￣ Ｊ 性 。 目前 国 内 外 学 者 主 要 采 用 原 型 观 测 法 、模型试验法以及数值分析方法进 行闸 门 自振特性 的研 究。
３ ｉ 型观测 法 ．原
性材料进行模 型的制作 ，以便更精确的模 拟 闸 门 结 构 以 及 水 流 的 各种 条件 。 ３３数值分析方法 ． 由于模型试验方法具有以上较准解决 的 缺 陷 ，随 着 数值 计 算 理 论 研 究 尤其 是 计 算机技术的飞速发展 ，出现了大量的功能 十 分 强大 的 有 限 元 分 析软 件 ，这 使 得 利 用 有限元方法对闸门结构以及应力进行计算成 为了可能 。对于闸门的计 算，以前 由于计 算机硬件水平的限制，对闸门整体振动的 研 究一般简化 为按 平面体系的计算方法 ，
承工闸门振 动问题
研究现状及发展趋势浅析
孙 小峰 马益全 河海 大学机 电工程学院 ２ ５２ １０２
３２模 型试验法 ． 分 析 了闸 门振 动 产 生 的原 因 ， 闸 ｒ振 动 对 ． １ 模 型 试 验 方法 主 要 通 过 建立 水 弹性 试 问题研 究现 状进行 了简单介绍 对国 内外 Ｊ 对其进行比较 ，并分析 了附加水体质量 对 － 验模 型来进行闸门 自振特性的研究。闸门 ． 研 究闸 门 自 特 性 所 普遍 采 用的 原 型观 测 这 门 自振 特 性 的影 响 ，为 完 善 闸 门 结 构 的 模型需 同时模拟水流 条件以及闸门 自身结 振 Ｉ对于闸门与水体之间的 构，所以材料的选取就成 为了模型试验法 法、 模型试验 法以及数值计算方法进行 了 设计提供了依据Ｉ 比较 ，分析其优缺点。阐述 了闸门 自振特 流 固耦合作用方面 ，古华 ，严根华考虑了 中的关键环节 ，目前国内已经有许多学者 性 的研 究趋 势 。
很小。
在 水 利 水 电工 程 中 ，水 工建 筑 物 的振
动问题长 久以来一直难以得到较好的解决 。 其 中，尤其是水３ ｌ ｌ 的振动是绝大多数 ：ｑ＇ ￣ｑ ， 水工建筑物破坏的根本原因，由于其结构 和工作条件的复杂性 ，使得其在工程运用 中存在着诸多安全稳定性问题。从闸门事 故分析来看 ，闸门破坏时往往都伴随着强 烈的振动。因此 ，研究闸门的 自振特性对 同类产 品结构 的设计 以及安 装具有 一定 的借
２ 闸门振动特性在 国内外的研究 现 状
闸门振 动 危害 很 大 ，长 期以 来 已经 有
其计算过程比较简单。但在实 际上 ，闸门 及不同开度下闸门结构 的动 力响应 （ 包括 ｆ 是 一 个 完 整 的空 间结 构 体 系 ，如 果 仅按 平 位移 、动应 力和振 动加速度等 ） ，并对闸 面体系计算各个组成构件的内力，并不能
果水 的脉动 压力频率 和闸 门的 自 频率 相接 振 近 ，就 会 激 发 共振 ， 使得 Ｉ Ｉ 结 构 发生 破 ￣＇ Ｉ３ ，
坏 。
原 型观 测 法 主 要通 过 对 已建水 利 工 程
原型进行观察和测量 。一般测量作用与闸 门面板的水流脉动压 力载荷 、闸门的动特 性 （ 括 １ 频 率 、 阻 尼 比 和 振 型 ） 以 包 ９振
中国科技信息 ２ １ ０ ０年第 ２ ３期
Ｃ ＩＡ Ｓ Ｉ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ＩＦ Ｒ ＴＯ ｅ ．０ ＨＮ ＣＥ Ｅ Ａ Ｄ ＴＣ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｏ ＭＡ ＩＮ Ｄ ｃ２ １ Ｎ ０
Ｄ Ｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ１０ － ９ ２ ２ １ ．３ ０ １ Ｏ： ０ ３６ ／ ． ｓ ．Ｏ １ ８ ７ ．００ ２ ．７ ｓ
以及屈曲失稳等静力特性进ห้องสมุดไป่ตู้ 了分析计算 ， 并在不同计算模式下计算闸门的 自振特性 ，
流固耦 合效应对闸门结构自振特性的影响 ，
闸门； 自振特性 ；研 究方法 ；前景
对这种模型材料进行 了研究 ，并取得 ＿一 ｒ 应用ＡＮ Ｙ 软件对ｌ ｆ的 自振特性进行了 １ 定的 研 究 成 果 。 模 型试 验 法 在 解 决 闸 门与 ＳＳ ｉｑ － ￣ Ｊ 分析计算 ， 取得了流体对结构 自振特性的影 水体的流固耦合作用方面具有理论分析不可 响规律 ，并探讨了流固耦合液相长度的取 比拟的优势，它可以避开流固耦 合振动在 值范围，为闸门流固耦合振动杵 ｆ研究提供 生 理论 上 目前 尚未解决的许多困难 。但它也 了 依 据 ｌ；此 外 ， 在水 流 状 况 对 闸 门 影 响 具有一定的局限性 ：虽然能够模拟闸门的 ２ ｌ 方面 ，Ｔｈ ｎ ａ ｇ等研究 了下泄水流对闸门竖 【 流激振动特性 ，但严格模拟 非常 困难 ；同 向振 动的 作用 ，认为振 动 与闸 门几何 尺 时 ，水弹性模型还具有试验周期长 、成本 寸 、水流动 力及 系统的 动 力特 性特 征 有 关 ，并有试验表明 ，ｌ ｌ仅在一个小范围 ￣＇ －－ ＪＪ 内发生强烈振 动 ，其他范 围内的振动幅度
１ 闸门振动产生的原 因
闸门振动是一种特殊 的水力学问题 ， 其振 动 涉 及 水流 条 件 、闸 门 结 构以 及水 流 和 闸门之 间的相 互作 用 ，属流体 诱发振 动。当闸门开启泄流时 ，受周 围边界条件 影 响 ，动 水 作 用 于 Ｉ Ｉ产 生 脉 动压 力 ， 如 ￣＇ Ｉ３