大壩升船機(jī)—承船廂耦合振動(dòng)分析與控制.pdf

1、大壩升船機(jī)是利用機(jī)械裝置垂直升降船舶使之快速過壩的重要通航建筑物，與傳統(tǒng)的通航船閘相比，大壩升船機(jī)能適應(yīng)復(fù)雜地形并大大縮短船舶過壩時(shí)間，因此近年來在水利工程中發(fā)展十分迅速。承船廂是引導(dǎo)船舶過壩的載體，通過卷揚(yáng)機(jī)牽引在升船機(jī)簡(jiǎn)體內(nèi)垂直升降。在地震、強(qiáng)風(fēng)等動(dòng)力作用下，升船機(jī)主體結(jié)構(gòu)與承船廂之間會(huì)發(fā)生復(fù)雜的耦合振動(dòng)，甚至兩者還會(huì)發(fā)生碰撞，嚴(yán)重威脅到升船機(jī)結(jié)構(gòu)及承船廂內(nèi)船舶和人員的安全。因此，分析大壩升船機(jī)和承船廂在地震和風(fēng)振作用下的耦合振動(dòng)，

2、并對(duì)其采取適當(dāng)?shù)臏p振控制措施是十分必要的。
　　 本論文是在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“新型磁流變彈性體智能材料器件及在升船機(jī)地震鞭梢效應(yīng)控制中的應(yīng)用”(編號(hào):51178368)的資助下完成的。全文以三峽大壩升船機(jī)為工程背景，系統(tǒng)研究了升船機(jī)——承船廂耦合振動(dòng)機(jī)理及減振方法。論文第一章講述了三峽大壩升船機(jī)工程概況和升船機(jī)抗震的研究現(xiàn)狀;第二章介紹了升船機(jī)三維板殼有限元模型的建立及其動(dòng)力特性分析結(jié)果;考慮到板殼模型過于復(fù)雜，不能進(jìn)行

3、后面的耦合振動(dòng)分析，第三章詳細(xì)闡述了利用動(dòng)力等效原理和靜力縮聚方法，對(duì)升船機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行從三維板殼模型到三維桿系模型再到數(shù)值模型的簡(jiǎn)化過程;隨后論文第四章利用簡(jiǎn)化后的數(shù)值模型，研究了升船機(jī)——承船廂之間的耦合振動(dòng)，結(jié)果表明:在8度三峽人工模擬地震波作用下，當(dāng)升船機(jī)塔柱和承船廂之間采用無連接方式時(shí)，兩者的相對(duì)位移峰值將達(dá)到0.18m，大大超過了承船廂與塔柱導(dǎo)軌之間的間隙距離0.08m，兩者會(huì)發(fā)生碰撞;當(dāng)采用剛性連接方式時(shí)，承船廂的絕對(duì)加速度峰

4、值可達(dá)到2.24m/s2，此時(shí)承船廂會(huì)劇烈晃動(dòng)，將嚴(yán)重威脅廂體內(nèi)船只的安全。必須對(duì)升船機(jī)結(jié)構(gòu)的耦合振動(dòng)采取合適的減振控制措施。因此，論文第五章分別運(yùn)用了彈簧、粘滯流體阻尼器和磁流變液阻尼器三種減振裝置，對(duì)耦合振動(dòng)進(jìn)行了被動(dòng)和半主動(dòng)控制，并比較了三者的減振效果。
　　 論文提出的從三維板殼有限元模型——三維桿系有限元模型——靜力縮聚后的數(shù)值模型兩步簡(jiǎn)化法，對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型簡(jiǎn)化有著很高的模擬精度;論文將升船機(jī)主體結(jié)構(gòu)視為彈性體，

5、將承船廂視為剛體，兩者相結(jié)合進(jìn)行耦合振動(dòng)仿真分析技術(shù)可以很好地解決因承船廂發(fā)生較大幾何位移而引起的計(jì)算不收斂問題。論文的研究結(jié)果表明:升船機(jī)塔柱與承船廂之間采用無連接和剛性連接兩種方案都將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須對(duì)結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)?shù)臏p振措施;在被動(dòng)減振措施中，粘滯流體阻尼器比彈簧效果要好，并且粘滯流體阻尼器的粘滯系數(shù)設(shè)置為4×106N·s/m會(huì)達(dá)到較好的減振效果。相對(duì)于被動(dòng)減振方法，采用邏輯控制算法的磁流變液阻尼器半主動(dòng)控制方法可以進(jìn)一