泄流結構耦合動力分析與工作性態(tài)識別方法研究.pdf

1、隨著水利水電工程高水頭、大流量泄水建筑物的大量興建及工程結構趨于輕型化，水流誘發(fā)振動問題會更加突出。研究水流誘發(fā)結構振動的機理，泄流結構耦合動力分析的模擬、預測分析方法，泄流結構優(yōu)化設計方法和安全動態(tài)檢測方法等，是泄流結構設計和安全運行的重要課題。本研究分為三個方面： ㈠泄流結構耦合動力分析的模擬與預測方法研究。本文成功地實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的單一水動力效應分析方式到水動力-結構體系多效應耦合分析方式的跨越。①在前人研究水流脈動壓力頻譜

2、相似律符合重力律的基礎上，以弧形閘門為例，綜合考慮整個閘門體系耦合作用及閘門的水動力特性，首次全面地用物理模型仿真模擬了水力系統(tǒng)-弧形閘門結構（系統(tǒng)）-支撐結構（閘墩、啟閉桿）整個體系的耦聯(lián)振動問題；并采用充分反映閘門薄板空間結構特點板殼單元模擬預測閘門空間體系結構的耦合動力特性。②提出了弧形閘門支臂在偏心荷載作用下的動力穩(wěn)定性理論研究方法，研究了偏心動力荷載對弧形閘門支臂動力穩(wěn)定性的影響。③綜合物模、數(shù)模、動力穩(wěn)定性分析的研究成果分析

3、了閘門的動力安全性，提出了避免弧形閘門強烈振動的措施。 ㈡泄流結構耦合動力優(yōu)化設計方法研究。本文提出基于耦合動力安全的泄流結構動力優(yōu)化設計方法。⑴首次提出了考慮導墻結構耦合動力安全為控制指標的結構優(yōu)化設計方法，提出了導墻斷面結構優(yōu)化數(shù)學模型；在考慮導墻結構耦合動力安全約束條件的基礎上，同時考慮導墻結構的幾何條件、靜力強度和穩(wěn)定性的約束，將靜力分析、耦合動力分析與支持向量機技術相結合對導墻結構斷面形式的優(yōu)劣進行智能評估；采用遺傳算

4、法實數(shù)編碼，利用隨機方式產生初始導墻斷面種群群體進行優(yōu)化計算，在保證導墻結構滿足靜、動力安全的前提下，實現(xiàn)導墻斷面型式的最優(yōu)化。⑵首次提出了考慮弧形閘門支臂靜、動力穩(wěn)定性的弧形閘門優(yōu)化設計方法，提出了弧形閘門主框架優(yōu)化數(shù)學模型；在同時考慮閘門的幾何約束、靜力強度、剛度約束、靜動力穩(wěn)定性約束的基礎上對弧形閘門主框架進行動力優(yōu)化設計，在保證靜動力安全的前提下節(jié)省了工程投資。 ㈢基于泄流激勵的泄流結構動力檢測與工作性態(tài)識別研究。針對原

5、型動力試驗激勵難的問題，本文結合水工結構在工作狀態(tài)下環(huán)境激勵荷載的特點，直接根據(jù)水工結構在工作環(huán)境激勵荷載作用下的動力響應識別結構的動力特性。㈠首次提出一種利用特征矩陣奇異熵對信號進行降噪、重構、定階以及模態(tài)參數(shù)識別ERA方法，解決了定階和降噪難的問題，揭示了結構在工作狀態(tài)下的模態(tài)階次及模態(tài)特性。②針對頻域分解法中的奇異值曲線峰值（譜密度函數(shù)峰值）選取的主觀性及其精度取決于計算功率譜密度函數(shù)時傅立葉變換精度的影響，根據(jù)泄流激勵的特點，提

6、出通過定義模態(tài)一致性函數(shù)的方法，比較準確地確定了奇異值曲線的峰值，解決所拾取峰值是結構真實模態(tài)頻率還是噪聲引起的虛假模態(tài)頻率（如水流噪聲模態(tài)頻率）的問題，并同時確定該階模態(tài)起主要作用的優(yōu)勢頻域帶寬，提高了阻尼比的計算精度。③首次對二灘拱壩、三峽溢流壩及其左導墻、李家峽雙排機廠房進行了大規(guī)模全面的正常運行狀態(tài)下（如汛期泄洪工作狀態(tài)）的原型振動測試，并將本文提出的基于泄流激勵的模態(tài)參數(shù)識別理論方法首次應用到上述大型水工結構的原型工作模態(tài)參數(shù)