泄流結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力分析與工作性態(tài)識(shí)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(jié)構(gòu)趨于輕型化，水流誘發(fā)振動(dòng)問題會(huì)更加突出。研究水流誘發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)理，泄流結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力分析的模擬、預(yù)測(cè)分析方法，泄流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和安全動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法等，是泄流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行的重要課題。本研究分為三個(gè)方面： ㈠泄流結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力分析的模擬與預(yù)測(cè)方法研究。本文成功地實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的單一水動(dòng)力效應(yīng)分析方式到水動(dòng)力-結(jié)構(gòu)體系多效應(yīng)耦合分析方式的跨越。①在前人研究水流脈動(dòng)壓力頻譜

2、相似律符合重力律的基礎(chǔ)上，以弧形閘門為例，綜合考慮整個(gè)閘門體系耦合作用及閘門的水動(dòng)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(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）-支撐結(jié)構(gòu)（閘墩、啟閉桿）整個(gè)體系的耦聯(lián)振動(dòng)問題；并采用充分反映閘門薄板空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)板殼單元模擬預(yù)測(cè)閘門空間體系結(jié)構(gòu)的耦合動(dòng)力特性。②提出了弧形閘門支臂在偏心荷載作用下的動(dòng)力穩(wěn)定性理論研究方法，研究了偏心動(dòng)力荷載對(duì)弧形閘門支臂動(dòng)力穩(wěn)定性的影響。③綜合物模、數(shù)模、動(dòng)力穩(wěn)定性分析的研究成果分析

3、了閘門的動(dòng)力安全性，提出了避免弧形閘門強(qiáng)烈振動(dòng)的措施。 ㈡泄流結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。本文提出基于耦合動(dòng)力安全的泄流結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。⑴首次提出了考慮導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力安全為控制指標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出了導(dǎo)墻斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；在考慮導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力安全約束條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)的幾何條件、靜力強(qiáng)度和穩(wěn)定性的約束，將靜力分析、耦合動(dòng)力分析與支持向量機(jī)技術(shù)相結(jié)合對(duì)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)斷面形式的優(yōu)劣進(jìn)行智能評(píng)估；采用遺傳算

4、法實(shí)數(shù)編碼，利用隨機(jī)方式產(chǎn)生初始導(dǎo)墻斷面種群群體進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，在保證導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)滿足靜、動(dòng)力安全的前提下，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)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(dòng)力穩(wěn)定性的弧形閘門優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出了弧形閘門主框架優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；在同時(shí)考慮閘門的幾何約束、靜力強(qiáng)度、剛度約束、靜動(dòng)力穩(wěn)定性約束的基礎(chǔ)上對(duì)弧形閘門主框架進(jìn)行動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證靜動(dòng)力安全的前提下節(jié)省了工程投資。 ㈢基于泄流激勵(lì)的泄流結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)與工作性態(tài)識(shí)別研究。針對(duì)原

5、型動(dòng)力試驗(yàn)激勵(lì)難的問題，本文結(jié)合水工結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下環(huán)境激勵(lì)荷載的特點(diǎn)，直接根據(jù)水工結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境激勵(lì)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)識(shí)別結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。㈠首次提出一種利用特征矩陣奇異熵對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪、重構(gòu)、定階以及模態(tài)參數(shù)識(shí)別ERA方法，解決了定階和降噪難的問題，揭示了結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的模態(tài)階次及模態(tài)特性。②針對(duì)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(jì)算功率譜密度函數(shù)時(shí)傅立葉變換精度的影響，根據(jù)泄流激勵(lì)的特點(diǎn)，提

6、出通過定義模態(tài)一致性函數(shù)的方法，比較準(zhǔn)確地確定了奇異值曲線的峰值，解決所拾取峰值是結(jié)構(gòu)真實(shí)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(shí)確定該階模態(tài)起主要作用的優(yōu)勢(shì)頻域帶寬，提高了阻尼比的計(jì)算精度。③首次對(duì)二灘拱壩、三峽溢流壩及其左導(dǎo)墻、李家峽雙排機(jī)廠房進(jìn)行了大規(guī)模全面的正常運(yùn)行狀態(tài)下（如汛期泄洪工作狀態(tài)）的原型振動(dòng)測(cè)試，并將本文提出的基于泄流激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論方法首次應(yīng)用到上述大型水工結(jié)構(gòu)的原型工作模態(tài)參數(shù)