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波浪荷载作用下船闸人字门结构疲劳分析
| 论文题名： | 波浪荷载作用下船闸人字门结构疲劳分析 |
| 关键词： | 船闸人字闸门;结构疲劳分析;有限元法;波浪载荷 |
| 摘要： | 船闸人字闸门因其结构形式布置合理、运行方便可靠、闸门启闭力小以及节省材料等优点，已经成为大中型船闸的主要工作门型。在实际运行过程中，船闸人字门存在疲劳开裂问题。国内外学者对大型船闸人字门开展有限元研究分析和水弹性材料的模型试验，主要是基于人字闸门的结构内力计算，鲜有涉及人字门运行后的疲劳开裂研究。因此，在采用适当的分析方法对船闸人字闸门进行结构内力计算的基础上，进一步展开对结构疲劳的研究，并提出合理的抗疲劳措施，具有较重要的理论及实际意义。 本文利用ANSYS有限元软件建立人字闸门三维空间结构有限元模型，针对依托工程选取不同工况进行有限元分析计算，并基于结构疲劳理论，首次引入FE-SAFE疲劳计算软件对人字闸门进行疲劳寿命分析，主要结论如下: 1、设计工况下，人字闸门的整体结构朝下游侧凸出，结构变形和应力呈现对称分布趋势，整体最大折算应力与最大变形均位于面板中下部。面板结构起到挡水和传递荷载的重要作用，在局部位置如面板与主梁连接处存在应力集中现象。主梁结构为主要受力构件，其最大折算应力出现在主梁端部，最大变形出现在主梁结构跨中处，腹板处应力值远大于上下翼缘，易发生翘曲变形。 2、高水工况下，闸室内外水位较高，静水荷载作用于闸门的范围更广，闸门整体最大折算应力与最大变形均位于面板中上部。由于人字闸门主横梁按等荷载布置，上部主梁间距更大，导致上部结构的内力及变形也随之增大。两种工况下结构整体最大变形相差54.41％～68.69％，整体折算应力相差55.65％～64.08％，二者应力和变形的变化趋势相差甚大。 3、波浪荷载作用下闸门的疲劳分析结果表明，疲劳破坏主要出现在面板与主横梁连接处与主横梁端部。波高值从0.1增大到1.5m时，人字闸门疲劳对数寿命值相差42.3％。波高值线性递增时，人字闸门疲劳循环次数按指数级递减。 4、其他影响因素分析表明，残余拉应力导致人字闸门疲劳强度降低，残余压应力存在时结果反之;材料表面参数与闸门疲劳寿命成反比，表面参数小于1.5时，结构疲劳寿命递减速度快，而这之后递减趋势变缓。 5、在人字闸门设计时，可从结构选材、局部设计、残余应力控制、降低应力幅值以及减小材料表面参数等五个方面提高结构抗疲劳强度。 |
| 作者： | 赵凌宇 |
| 专业： | 水利工程;港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 杨斌;徐绩青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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