中山市水利水电勘测设计咨询有限公司
摘要：利用通用有限元软件ANSYS，对某项目泵站外江侧防洪事故闸门进行三维有限元分析，校核防洪事故闸门的应力状况是否超出材料的屈服极限，以更直观的评估设计方案的安全性和可靠性。
关键词：ANSYS 应力 屈服极限
1.工程概况
闸门型式：潜孔定轮平面钢闸门
孔口尺寸： (宽×高) 4.50×3.60 （m）
挡水水位：外江2.00/内河-4.80
启闭水头：动水启闭（按6.80m水头计算）
止水要求：单向止水，面板布置在外江侧
底坎高程：-4.80 （m）
水容重： 10（kN/m3）
闸门为潜孔式，设三根主梁和三根纵梁，主梁格基本按等荷载布置，主、纵及边梁全部采用组合截面，行走支承采用滚轮。面板布置在外江侧，采用外江侧单向止水，底、侧止水布置在面板侧，梁格布置见下图示：
格布置见下图示：
闸门支承跨度：L＝4.98m，闸门总高3.82m
水封尺寸（宽×高）： 4.60m×3.65m
设计水头： H＝2.00-（-4.80）＝6.80（m）
2.钢闸门有限元建模和计算
2.1 计算软件
本工程采用融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件ANSYS ，对钢闸门进行建模、计算分析和后处理。
2.2 建模和计算
2.2.1 坐标系
本文坐标系采用右手螺旋法则，闸门跨度方向为x向，闸门高度方向为y向，机组侧到外江侧方向为z向。
2.2.2 三维模型
本文将钢闸门面板、主梁腹板、面板，边梁腹板、面板及加强板、吊耳板等离散为壳单元（shell181），将钢闸门次梁离散为梁单元（beam188），建立三维有限元分析模型，如下图所示：
2.2.4网格划分
本模型采用手动方式划分网格，壳单元和梁单元的边长均为80mm。
2.2.6 计算结构及分析
2.2.6.1 应力校核
钢闸门整体节点应力分布状态如下：
由图可知，主梁Z向最大挠度出现在跨中，值为2.2mm，小于规范允许的最大位移值[f]=4980/750=6.64mm,满足要求。主梁另外两个方向位移基本为 0，可以忽略不计。
由图可知，次梁Z向最大挠度出现在跨中，值为2.67mm，小于规范允许的最大位移值[f]=1213/250=4.85mm,满足要求。主梁另外两个方向位移基本为 0，可以忽略不计。
3.结论
利用ANSYS软件以壳单元、梁单元离散钢闸门，得到了钢闸门整体应力分布状况及整体变形状况，并通过对比规范校核，此钢闸门满足规范要求，结构设计可靠合理。
参考文献
[1]SL 74-2013水利水电工程钢闸门设计规范.中国水利水电出版社出版发行.
[2]胡友安，王孟，水工钢闸门数值模拟与工程实践.中国水利水电出版社.
论文作者:马家声
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/15
标签：闸门论文; 应力论文; 位移论文; 面板论文; 有限元论文; 单元论文; 水头论文; 《基层建设》2017年第26期论文;