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邵园园等：闸门有限元分析及其有无水工况下振动特性研究

闸门有限元分析及其有无水

工况下振动特性研究

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邵园园，薛海朋，陈书宁，胡兆全，刘斌，苏圣致，杨春霞

（1．江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏省南京市210022；2．宿迁市淮西水利工程管理处，

江苏省宿迁市223899；3．江苏省骆运水利工程管理处，江苏省宿迁市223899；

4．河海大学能源与电气学院，江苏省南京市211100）

摘要：应用数值模拟方法对秦淮新河节制闸门在现有布置型式下进行了整体及主横梁应力分布、位移变形程度的

仿真分析。发现闸门整体最大应力为33.754MPa，最大位移为1.2962mm，二者都出现在底部，主横梁的最小应力均

在中心处，左右边柱与主横梁1相连接的地方，数值同样达到最大值但最值区域很小。研究模态分析原理，使用模

态分析方法，对闸门无水、有水状态下频率进行了计算，以探究水体对该闸门振动特性的影响。计算结果表明无水、

有水状态基频分别为2.7454MPa、3.1746MPa，闸前有水时，闸门的振动频率出现了明显下降，增加了闸门振动的可

能性，会对闸门的安全性和稳定性造成影响。通过有限元和模态分析对安全性进行了研究，提出了增强安全性的建议。

关键词：

模态分析；有限元计算；平面闸门

中图分类号：文献标识码：学科代码：DOI：

TV663A570.3010.3969/j.issn.2096-093X.2023.01.005

着许多优点，如处理所需时间少，网格划分要求更低，计

0引言

算速度更快，所需步骤更少等，该研究为针对闸门局部的

闸门是用于调节水工建筑物过水的活动性装置，在调研究做了理论指导。丁俊丰等[4]用ANSYS软件计算模拟

节水流、控制水位等方面有着重要作用。按照特征不同，了不同的有限元模型来研究其特性，它们分别是闸门无水

可以分为很多种类，如弧形闸门、平面闸门等，本文是针状态下、使用附加质量法闸门有水状态下，以及常见的流

对平板闸门的研究，该类型闸门在工程中有着结构简单、固耦合状态下三种不同的有限元计算模型，共计算了20阶

施工方便、造价低廉等优点，但同时也有启闭过程要求更高，的振型，他们借此频率表和振型图研究了目标闸门的特性。

闸门会产生振动等问题，同时在长期使用过程中闸门本身最终发现，三种方法里的后两种方法计算结果存在误差，

结构会出现老化的现象，会影响其安全运行调度。差值最大达到了8.2%，以此研究的结论，他们认为大型弧

钦立峰[1]用ANSYS为某闸门在前止水和后止水时构形闸门结构的自振特性及其周边水体流动特性非常复杂且

件应力分布情况及挠度变形程度的仿真分析，发现可以用闸门本体容易受到水流的影响。喻君等[5]通过三维有限元

隔件加固闸门、结构梁等，来改善它们的受力状态。张雪数值仿真方法研究了剪跨比、材料强度等对检修闸门门槽

才等[2]研究了有限元法，使用该方法研究了有解析解的分破坏模式和极限受剪承载力的影响。董现等[6]考虑水体流

别为四边简支、四边固支时的正方形以及矩形区域中心的固耦合作用进行了损伤失稳模拟实验，以此为弧形闸门

挠度及其他参数，发现在两种情况下精度和效率可以被较损伤的评估判定提供依据。李凯旋等[7]通过研究液压闸

好的协调，它们分别是面板中每个边在单位长度下的网格门举升机构探究闸门启闭过程中角度与受力的关系，发

数的值大于等于4；或是单元尺寸下的大小在0.03～0.25m现启闭角度适当调整可以延长闸门使用寿命，增加安全

这个范围内。陈峻等[3]更加具体地研究了有限元法，针对系数。YangG等[8]使用ANSYS模拟计算发现在闸门下

P型有限元法进行了研究，发现当精度足够时，该方法有游侧设置水封，