三峡升船机系统动态响应分析

三峡升船机系统动态响应分析 三峡升船机系统动态响应分析 第24卷第9期Vo1.24No.9 2007年9月Sep.2007 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 力学 ENGINEERINGMECHANICS179 文章编号:1000—4750(2007)09—0179—09 三峡升船机系统动态响应分析 ,程载斌 金晶,刘玉标 (中国科学院力学研究所,北京100080) 摘要:根据三峡升船机最新 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,采用有限元软件ANSYS构建了升船机系统有限元模型,包括承船厢, 提升钢索,滑轮组,平衡重,厢内水体,驱动机构和刹车机构;通过数值模拟,对升船机系统进行了模态分析及 动态响应研究,内容包括升船机系统的流固耦合模态及其在各种工况(起动,刹车,事故)下的动态响应和影响因 素分析,如弹簧刚度,误载水深,阻尼,承船厢的位置等.计算结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:对于升船机这样一个复杂系统,该文 所建立的有限元模型及数值算法是合理的,其结果可为升船机系统整体设计提供必要的参考. 关键词:三峡升船机;有限元模型;数值模拟;流固耦合;模态分析;动态响应 中图分类号:TU311文献标识码:A DYNAMICANALYSiSOFTHETHREE.GoRGESSHIPLIFTINGSYSTEM JINJing,LIUYu-biao,CHENGZai.bin (InstituteofMechanics,ChineseAcademyofSciences,8eijing100080,China) Abstract:BasedonthelatestdesignreportoftheThree-Gorgesshiplift,afiniteelementmodel oftheshiplift systemisbuiltusingfiniteelementcodeANSYS.Themodeliscomposedofachamber,lifting cables,pulleys, counters,waterinthechamber,drivingmechanismsandbrakingmechanisms.Modalanddynamicanalyseswere cardedoutusingnumericalsimulationmethod.Modesoffluid-solidcoupledsystemanddynamicresponses undervariousworkingconditionsincludingstarting,brakingandaccidentswereincluded.Theparameters,such asspringstiffness,over-loadingwater,dampingandthechamberposition,werealsodiscussed.Theresultsshow thatthefiniteelementmodelandthenumericalmethodarereasonableforthiskindofcomplicatedsystem.Itcan providenecessaryreferencesfortheintegraldesignofshipliftingsystem. Keywords:theThree??Gorgesshiplift;finiteelementmodel;numericalsimulation;fluid??solidinteraction; moda1analysis;dynamicresponse 三峡升船机是三峡水利枢纽的永久通行设施 之一,主要用于为客货轮和特种船舶提供快速过坝 通道.与国内外同类工程相比,三峡升船机具有提 升重量大,升程高等技术特点,其设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 几经修 改,最终确定为齿轮齿条爬升式方案,整体结构由 承船厢,钢丝绳,滑轮组,平衡重,驱动及刹车机 构等组成. 三峡升船机作为三峡工程中的重要组成部分, 保证其安全运行具有十分重要的意义.国内众多学 者为此做了大量的工作:文献[1]与文献[2]分别给出 三峡升船机结构力学简化模型和承船厢结构优化 设计;文献[3]利用简化的有限元模型对升船机的承 船厢进行了正常,事故工况下的静力分析;文献[4,6] 采用了按比例缩小的承船厢整体物理模型,通过试 验对三峡升船机承船厢部分的动态特性进行了初 步探讨;文献『7,9]~JJ是对三峡升船机承船厢水波进 收稿日期:2006.02.14;修改日期:2006-05-26 作者简介:金晶(1982),女,江苏人,硕士,从事结构动力与疲劳研究(E-mail:jinjing082@sina.corn): 刘玉标(1961),男,湖南人,副研究员,硕士,从事工程力学与结构减振研究(E-mail:yubiao@imech.ac.en) 程载斌(1978),男,山西人,博士生,从事结构动力与可靠度研究(E-mail:chengzaibin@126.corn). 18O工程力学 行数值分析. 尽管如此,三峡升船机无论是规模还是技术难 度,均列世界之最,仍有很多问题需要研究.本文 根据三峡升船机最新设计图纸,建立了整体结构有 限元模型,对升船机系统进行模态分析,并且对升 船机在起动,停车,事故工况下的动态响应进行数 值模拟,研究了升船机系统关键设计参数对系统动 态响应的影响. 1有限元模型 1.1基本尺寸和运行情况 承船厢是钢制槽型薄壁结构,与平衡重一起由 通过塔柱顶部滑轮组的256根钢丝绳悬挂连接.承 船厢主要由两根箱型主纵梁,底铺板,单腹板横梁, 箱型横梁,次纵梁和两对平台构成.承船厢外形尺 寸为132.0m×23.4mX10.ore(长×宽×高),厢内有 效水域120.0mX18.0m,水深3.5m,承船厢结构, 设备连同正常水位厢内水体的总重量为14605t.船 厢驱动系统布置在承船厢上,采用齿轮沿齿条爬升 的方式,共设四套,四套之间通过机械轴连接,构 成刚性同步系统.承船厢在升船机室内沿塔柱上下 运行,正常运行时船厢升降速度为l,=0.2m/s,起动 加速度为口=+0.01m/s,正常停车加速度为 口=,0.01m/s,紧急停车时,事故制动加速度为 口=,0.04m/s.承船厢升降的最大误载水深为 ?20cm. 1.2整体模型的建立 本文按照德国KuK/LI联营体设计的三峡升船 机设计图纸…,利用有限元软件ANSYS构建承船 厢的有限元模型.在建模的过程中,主要杆件,梁, 板的尺寸均参照设计图纸,整个模型共用到七种单 元类型,单元总数为14308.系统各组成部分的模 拟方案如下: 1)承船厢模拟.承船厢厢体结构内所有的T 型梁和工字梁均采用BEAM44梁单元,所有的板选 用SHELL63板单元,承船厢内的设备由分布在船 厢底部的MASS21质量单元模拟. 2)水体模拟.厢内水体用FLUID80单元模拟, 单元数为1944,水体与承船厢接触面是通过自由度 耦合实现,以保证力的作用能够顺利传递. 3)钢丝绳模拟.钢丝绳简化为单向拉伸的杆单 元LINK10,直径为70mm,其中平衡钢丝绳128 根,提升绳128根.钢丝绳的预应力通过给LINK10 单元施加初始应变模拟. 4)滑轮模拟.平衡钢丝绳和提升钢丝绳之间通 过128个双滑索轮连接,双滑索轮的直径为5m, 滑轮总重量为1200t.本文选用BEAM44单元中的 圆截面主纵梁和工字梁模拟平衡滑轮组.滑轮中心 主纵梁两头固定,通过释放两侧工字梁的转动自由 度来模拟滑轮的转动. 5)升船机运行阻力模拟.升船机运行过程中的 阻力由滑索轮上的摩擦力,承船厢导向滚轮中的摩 擦力及运行风阻力组成.运行阻力模拟是通过在平 衡滑轮组的上方添加32组滑动摩擦弹簧单元 COMBIN40来实现的. 6)驱动机构的模拟.驱动机构由分布在箱型横 粱上的四组垂直(Z方向)弹簧单元LINK10模拟.此 外承船厢外侧还分布有8组水平和y方向各4组) 弹簧单元COMBIN14模拟与塔柱的连接条件. 7)刹车机构的模拟.刹车机构由在箱型横梁上 分布的四个垂直(Z方向)滑动摩擦弹簧单元 cOMBIN40来模拟.升船机的停车过程有两种情 形:一种是正常刹车过程,刹车力为300kN,正常 刹车减速度为口=一0.01m/s;另一种是紧急刹车过 程,刹车力为1200kN,事故制动加速度为 口:一0.04m/s. 8)平衡重模拟.平衡重采用MASS21质量单 元,共128块,总重量为14605t,用来平衡承船厢 结构,设备连同厢内水体的总重量. 三峡升船机系统有限元模型如图1所示. 平衡重钢丝绳 厢内水体 弹簧 图1三峡升船机系统有限元模型 Fig.1FiniteelementmodeloftheThree-Gorgesshiplifting system 2升船机运行工况下模态分析 2.1升船机系统的基本模态 工程力学181 本节分别对厢内水体采用固体单元(不考虑水 的模态,将水作为固体单元SOLID45处理)和流体 单元时(考虑水与船厢流固耦合效应,将水作为流体 单元FLUID80处理)的升船机系统进行了模态分 析,得到了升船机系统各阶模态的固有频率和振 型,模态提取分别选用了BlockLanczos法和缩减 法.对升船机系统有限元模型进行模态分析的计算 参数:(1)y,z方向弹簧刚度均为1250kN/m(设 计报告提供);(2)承船厢高度+15m;(3)厢内水位 为正常水位3.5m.具体计算结果见表1. 对于厢内水体采用流体单元的升船机系统计 算了前40阶模态,其中包括水体单元单独的模态, 水体与船厢耦合的升船机系统流固耦合模态.表1 右侧五列描述了这前40阶模态中与将水体处理为 固体单元时前六阶模态(表1左侧三列)振型相对应 的升船机系统流固耦合模态.由表1看出,分别将 水体处理为固体和流体单元时,各阶振型的固有频 率数值还是存在一定差别的.此外通过计算得出升 船机系统流固耦合模态中还出现第一阶模态固有 频率为0的情况,这表明升船机系统存在不稳定的 模态,其振型中水体沿方向单向流动. 表1升船机系统各阶模态固有频率和振型 Table1NaturalfrequenciesandmodesoftheThree-Goresshipliftingsystem 图2,图3分别给出了升船机系统第六阶和第 九阶流固耦合模态振型. 图2升船机系统流固耦合模态第六阶振型 Fig.2Thesixthfluid-solidcoupledmodeoftheshiplifting system 图3升船机系统流固耦合模态第九阶振型 Fig.3Theninthfluid-solidcoupledmodeoftheshiplifting system 2.2水平CY方向),垂直(z方向)弹簧及承船厢 位置的影响 本节探讨了关键设计参数的变化对升船机系 y y 工程力学 统模态(厢内水体采用固体单元SOLID45)的影响. 按照表1中左侧三列给定的振型次序,绘制如图4, 图6所示为各阶振型固有频率随】,,z方向弹簧 刚度变化的曲线.当某一方向弹簧刚度改变时,其 他方向弹簧刚度保持为1250kN/m,承船厢高度 +15m,厢内水位为正常水位3.5m.由图4,图6可 以得到如下结论:y,z方向弹簧刚度的变化对 能够引起系统同方向运动的振型频率影响较大,而 对其它振型影响较小.与水平弹簧刚度变化的影响 相比,垂直弹簧刚度变化对结构模态的影响较大, 影响的振型更多. O?6 O,5 O,4 o3 鼙 O?2 O.1 500100050001000050000 弹簧刚度k/(kN/m) 图4固有频率随方向弹簧刚度变化 Naturalfrequenciesasafunctionofspringstiffnessin direction O.6 O.5 0.4 蒸0|3 0.2 0.1 5O0l0005000l00005OOOO 弹簧刚度k/(kN/m) 图5固有频率随】,方向弹簧刚度变化 Fig.5NaturalfrequenciesasafunctionofspringstiffnessinY direction 图7所示为承船厢位置不同时升船机系统固有 频率的变化曲线,其中方向,y方向,z方向弹 簧刚度均为1250kN/m.由计算可得,随着承船厢 的位置从低到高的变化,结构模态的各阶振型不 变,各阶频率值呈递减趋势.承船厢位置改变引起 横向向,Y向)刚度改变较大,而竖向(z向)刚度 改变极小,故,阶,六阶模态在运动方向(z向)刚度 改变极小,其频率值变化也很小. O?7 O.6 O?5 O.4 蒸o.3 O?2 o|l 500100050001000050000 弹簧刚度k/(kN/m) 图6固有频率随z方向弹簧刚度变化 Fig.6Naturalfrequenciesasafunctionofspring stiffnessinZdirection n16 n14 nl2 糌0.10 n08 006 一 阶二阶三阶四阶五阶六阶 模态阶数一 图7固有频率随承船厢位置变化 Fig.7Naturalfrequenciesasafunctionofpositionofthe chamber 3升船机起动过程瞬态响应分析 3.1计算方案 通过在模拟驱动机构的弹簧一端施加z方向的 位移载荷模拟起动加速的瞬态响应过程(以下所有 计算中厢内水体均采用FLUID80流体单元).根据 设计报告,起动时承船厢在20s内由0加速到 0.2m/s,加速度为0.01m/s.由此确定施加的位移 载荷函数为:S=0.005t2,加速时间20s,与升船机 的起动过程相符.起动过程中还模拟了滑索轮的摩 擦力,承船厢导向滚轮的摩擦力及运行风阻力. 3.2计算结果分析 3.2.1垂直弹簧(z方向)的影响 承船厢位置高度+15m,升船机的驱动弹簧刚度 工程力学183 分别选取为500kN/m,1250kN/m和5000kN/m,水 平弹簧刚度为1250kN/m,滑索轮上与承船厢导向 滚轮中的摩擦合力为1350kN,运行风阻力730kN. 计算结果如下: ?承船厢位移,速度,加速度曲线如图8,图 10所示. 0510152O 时间s 图8承船厢位移时程曲线 Fig.8Displacement-Timecurvesofthechamber 0.25 0.20 童0.15 0?l0 0.05 0.0o 0510l520 时间t/s 图9承船厢速度时程曲线 Velocity—Timecurvesofthechamber O51O152O 时间f/s 图10承船厢加速度时程曲线 Fig.10Acceleration—Timecurvesofthechamber 由上述曲线可以看出:承船厢在20s的加速时 间里,加速距离为2m,速度从0变为约0.2m/s. 加速度在OIl1/s-4).02rrgs的范围内呈现周期性的振 荡:弹簧刚度越大,振荡频率越大,且频率值等于 升船机的一阶模态频率(见图6).KuK/LI所设计的 升船机理想起动过程应该是保持0.01m/s常加速运 行,但实际起动过程由于驱动弹簧的存在,动态响 应不可避免,所以建议在进一步的设计中减小升船 机的起动加速度,以减小动态响应. ?承船厢厢体最大应力,滑轮支座反力,起 动机构横梁最大应力,驱动力曲线分别如图ll,图 14所示(以下所有计算结果中的应力均指未叠加静 应力结果的动应力幅). 05101520 时间f/s 图ll承船厢厢体最大应力时程曲线 Fig.1lMaximumstress-Timecurvesofthechamber O . 500 z-1000 姜-1500 . 2000 I.pc . 2500 . 3o00 . 3500 05101520 时间f/s 图12滑轮支座反力时程曲线 Fig.12Pulleys'endreaction-Timecurvesofthechamber 室b 05101520 时间f/s 图13驱动机构横梁最大应力时程曲线 Fig.13Maximumstress-TimeCtl/'vesofthestarter mechanism 76543210 日龟乏b O5O5O 211OO 如们如加m0 4O6284O呦懈咖 nnc;c;c;c;c; ^?,?I瑙最 工程力学 05101520 时间t/s 图14驱动力时程曲线 Fig.14Drivingforce-Timecurves 由图11,图14看出:承船厢厢体应力,驱动机 构横梁应力,驱动力,滑轮支座反力同样出现周期 性的振荡,频率与加速度振荡频率相符,这也为后 续疲劳分析提供了依据.驱动弹簧刚度为1250 kN/m(设计报告指定值)时,承船厢厢体最大应力为 5.13404MPa,驱动机构横梁最大应力40.1426MPa, 驱动力666.674kN(以下所说驱动力均指单个驱动 弹簧的力,共四个驱动弹簧),滑轮支座反力最大 3160kN. ?将z方向的弹簧刚度在500kN/m- 5000kN/m之间变化,其他条件保持不变,探讨弹 簧刚度变化对承船厢厢体最大应力,驱动机构横梁 最大应力,驱动力的影响. 由图15可以看出,当弹簧的刚度为5000kN/m 时,承船厢厢体最大应力,驱动机构横梁最大应力, 驱动力都是最小的.KuK/LI所设计的升船机驱动弹 簧的刚度为1250kN/m,而根据本文计算,若考虑 动态响应,弹簧刚度选取5000kN/m是比较合理的, 它能使承船厢的动态响应减至最低. 弹簧刚度,(kN/m) 图15弹簧刚度变化的影响 F.15Influenceofspringstiffness 3.2.2阻尼的影响 以上计算结果均没有考虑阻尼的影响,而实际 升船机系统中必然存在阻尼,如:结构阻尼,钢丝 绳阻尼,弹簧阻尼等.由于承船厢结构和钢丝绳的 变形较小,所以这部分不予考虑.计算时只考虑驱 动弹簧的阻尼(通过在系统中添加四组弹簧单元 COMBIN14模拟),其它计算参数保持不变,即 y,z方向弹簧刚度均为1250kN/m(设计报告提供1, 承船厢高度+15m,厢内水位为正常水位3.5m. 驱动弹簧总刚度: =4K=4x1.25x10:5~10(N/m)(1) 结构总重量: M:14605.3×2+1200:30410.6(t)(2) 阻尼系数: C=2(x/-KrM'(3) 阻尼系数的选取没有相关的资料参考,所以将 阻尼比从0-4).05变化,得到一系列不同的阻尼系 数.在不同的阻尼系数下,对升船机起动过程进行 瞬态响应分析,得到结果如图16所示:随着阻尼 系数的增加,承船厢厢体最大应力,驱动机构横梁 最大应力,驱动力逐渐减小,呈线性分布. 0.000.0l0.020.030.040.05 阻尼比 图16阻尼比变化的影响 Fig.16Influenceofdampingratio 3.2.3承船厢上下位置的影响 将承船厢的位置从+15m变化为+118m,其它 计算参数保持不变,即y,z方向弹簧刚度均为 1250kN/m(设计报告提供),无阻尼,厢内水位为正 常水位3.5m,观察承船厢位置对厢体最大应力,驱 动机构横梁最大应力及驱动力的影响(见表2). 表2承船厢结构应力响应幅度 Table2Stressamplitudeofthechamber ????????O 87654321 O8642O864?蚴 1OOOOOOOO 工程力学185 由表2的数据可以看出,承船箱的位置变化对 承船厢厢体最大应力,驱动机构横梁最大应力,驱 动力的影响很小. 3.2.4承船厢结构内水位的影响 升船机正常运行时,允许承船厢误载水深 ?lOcm.误载水深超过?lOcm后,电器控制将不 允许船厢起动.特殊情况下(不考虑运行风阻力), 允许承船厢在误载水深?20cm的条件下短时间运 行,加速度为a=?0.005rn/s.这里分别给出了承 船厢误载水深+5cm,+10cm,+20cm工况下,承船 厢结构应力响应幅度(见表3). 表3承船厢结构应力响应幅度 Table3Stressamplitudeofthechamber 由表3可以看出,出现误载水深的情况,对升 船机系统的动态响应影响较大,升船机起动时应尽 量避免上述情况的发生. 通过对上述四种设计参数:弹簧刚度,误载水 深,阻尼,承船厢位置对升船机系统动态响应的影 响分析,可以得出如下结论:这四种设计参数对三 峡升船机起动过程中的动态响应,均会产生影响, 其中承船厢上下位置的影响较小,而承船厢内水位 的变化影响最为显着. 4升船机停车过程瞬态响应分析 4.1计算方案 给定承船厢和水的垂直方向(z向)初速度为 0.2rn/s,平衡重的初速度为.0.2rn/s,刹车力(垂直滑 动摩擦弹簧单元COMBIN40模拟,正常刹车时刹 车力为300kN,紧急刹车时刹车力为1200kN),模 拟承船厢在刹车力作用下,速度从0.2rrgs变为0的 过程f以下所有计算中厢内水体均采用FLUID80流 体单元).不考虑任何阻力对停车过程的影响,所以 针对该工况的分析是趋于保守的. 选取升船机系统承受瞬态载荷时所产生的位 移,应力等响应随时问变化的曲线加以研究.具体 的计算结果如下. 4.2升船机正常,紧急刹车过程 4.2.1承船厢位移响应幅度,应力响应幅度及时程 承船厢位置高度+15m,厢内水位为正常水位 3.5m,模拟向z轴反方向停车的过程.正常刹车时 升船机的刹车力为300kN,紧急刹车时刹车力为 1200kN.结果如下: ?承船厢位移,速度,减速度曲线如图17, 图22所示,其中位移,速度方向是z轴的反方向, 为负值,加速度方向是z轴正向,为正值. 05101520 时间t/s 图17承船厢位移时程曲线(正常) Fig.17Displacement-Timecurvesofthechamber(norma1) 着 05101520 时间f/s 图18承船厢速度时程曲线(正常) Fig.18Velocity-Timecurvesofthechamber(norma1) 是 0.O20 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.oo2 0.O00 05101520 时间f/s 图19承船厢加速度时程曲线(正常) Fig.19Acceleration-Timecurvesofthechamber(norma1) 吕 \ 奶 05101520 时间t/s 图20承船厢位移时程曲线(紧急) Fig.20Displacement-Timecurvesofthechamber(emergency) 工程力学 葺 05101520 时间t/s 图2l承船厢速度时程曲线(紧急) Fig.21Velocity-Timecurvesofthechamber(emergency) -, 着 曩 05101520 时间r/s 图22承船厢加速度时程曲线(紧急) Fig.22Acceleration-Timecurvesofthechamber(emergency) 由图17,图19看出:承船厢的减速时间为20s, 减速距离为2m,速度从2m/s变为0,减速度值约 为0.01m/s.模拟结果与KuK/LI所设计的升船机 理想正常刹车过程保持0.01m/s常减速相符,动态 响应较小.而紧急停车就很难达到这种效果,由图 2o~图22看出:在KuK/LI设计的停车时间5s内, 承船厢减速距离为0.5m,速度从2m/s变为0,加 速度值为.0.04m/s,但实际上整个系统不可能在5s 之内完全停住,所以5s之后会有振荡现象. ?承船厢厢体最大应力,刹车机构横梁最大 应力,刹车力(以下所说刹车力均指单个刹车弹簧的 力,共四组刹车弹簧),滑轮支座反力(以下所说滑 轮支座反力均指由八个滑轮组成的单个滑轮组的 支座反力,共16组)如表4所示. 表4承船厢结构应力响应幅度 Table4Stressamplitudeofthechamber 同样,正常刹车时,承船厢厢体最大应力,刹 车机构横梁最大应力,刹车力,滑轮支座反力变化 较小,基本在一常数周围波动,没有出现明显的振 荡现象;紧急刹车时承船厢厢体最大应力,刹车机 构横梁最大应力,刹车力,滑轮支座反力出现周期 性的变化,周期与紧急刹车的位移,速度,加速度 的振荡周期相同,这也为后续疲劳分析提供依据. 4.2.2承船厢上下位置的影响 将承船厢的位置从+15m逐渐变化为+118m, 观察承船厢厢体最大应力,刹车机构横梁最大应 力,驱动力的影响(见表5). 表5承船厢结构应力响应幅度 Table5Stressamplitudeofthechamber 由表5的数据可以看出,承船箱的位置变化对 承船厢厢体最大应力,刹车机构横梁最大应力,刹 车力的影响很小. 4.2_3承船厢结构内水位的影响 由表6可以看出,出现误载水深的情况越严重, 承船厢结构应力响应值越大,且在相同的误载水深 情况下,紧急刹车比正常刹车的响应幅值大.误载 水深对升船机系统的动态响应影响较为显着,升船 机停车时应尽量避免上述情况的发生. 表6承船厢结构应力响应幅度 Table6Stressamplitudeofthechamber 5结论 通过对以上工况下三峡升船机系统的瞬态响 应分析,可以得到如下结论: (1)分别将承船厢内水体单元处理为固体和流 体单元时,升船机系统各阶振型的固有频率数值还 是存在一定差别.此外还探讨了关键设计参数的变 化对升船机系统模态(水体为固体单元)的影响: y,z方向弹簧刚度的变化对能够引起系统同方向运 工程力学187 动的振型频率影响较大,而对其它振型影响较小. (2)三峡升船机系统起动,停车过程中的动态 响应,是受多种参数影响的,影响系统整体动态特 性的各主要设计参数有:水平与垂直弹簧刚度,承 船厢位置,系统阻尼,厢内水位等.计算结果表明: 承船厢位置变化对系统动态响应的影响较小,而厢 内水位的变化影响较大,进一步设计中需加以考 虑,以减小系统的动态响应. (3)若不考虑系统的动态响应,升船机运行特 性良好:正常起动时,同时有+20cm误载水深,得 到的驱动机构横梁的最大动应力幅为98.8485MPa, 与静应力叠加后,亦小于KuK/LI设计的承船厢最 大应力允许值.但本研究范围内考虑到动态响应过 大有可能引起结构的疲劳破坏,建议进一步设计中 考虑疲劳分析. (4)KuK/LI根据静力计算所设计的升船机驱动 弹簧的刚度为1250kN/m,而本文研究垂直弹簧刚 度的变化对承船厢整体动态特性的影响时,发现当 驱动弹簧的刚度为5000kN/m时,承船厢整体动态 特性是最好的.此外探讨水平弹簧刚度变化的影响 也可为进一步设计确定承船厢与塔柱之间合理的 连接型式提供必要的参考. 三峡升船机作为世界上提升重量最大,升程最 高的齿轮齿条式升船机,其设计校核方案应进行综 合评价,在缺乏大比尺模型试验的情况下,数值模 拟是进行静,动力校核的一种重要手段.本文在三 峡升船机最新设计方案的基础上,对升船机系统进 行了整体动力响应分析,计算结果可为升船机系统 的进一步设计提供必要的参考.当然由于本研究是 对三峡升船机承船厢整体动态特性的初次探讨,用 有限元软件模拟结构运动有一定局限性,不能模拟 较大范围的运动.随着研究的深入开展,上述问题 有待于进一步定量分析. 参考文献: [1】瞿伟廉,周耀.三峡升船机结构力学简化模型[J】_华 中科技大学,2003,20(4):1-3. QuWeilian,ZhouYao.Reducedmechanicalmodelof Three-Gorgeslift-shipstructure[J】.JournalofHuazhong Unive~ityofScienceandTechnology(UrbanScience Edition),2003,20(4):1-3.(inChinese) [2】朱召泉,俞良正,陶碧霞.三峡升船机承船厢结构优化 设计[J].河海大学,1993,2l(5):100--102. ZhuZhaoquan,YuLiangzheng,TaoBixia.Optimized designforthechamberoftheThree?Gorgeslift-ship[J】. JournalofHehaiUniversity,1993,21(5):100-102.(in Chinese) [3】王晋媛,石端伟,鲍务均.三峡升船机承船厢的有限元 分析[J].水利电力机械,2000,12:12,16. WangJinyuan,ShiDuanwei,BaoWujun.Finiteelement analysisofbearing-boxofshipliftintheThree-Gorges [J】.WaterConservancy&ElecricPowerMachinery, 2000,12:12-16.(inChinese) [4】杨淳,曾祥.三峡升船机承船厢整体动态特性研究[J]. 长江科学院院报,1992,9(2):12,21. YangChun,ZengXiang.Astudyonintegraldynamic characteristicsofchamberoftheshipliftofthe Three-Gorgesproject[J】.JournalofYangtzeRiver ScientificResearchInstitute,1992,9(2):12-21.(in Chinese) [5】朱仁庆,吴有生,彭兴宁.升船机提升系统中船厢,水 体和钢缆相互耦合作用分析[J].中国造船,2004,45(3): 1-13. ZhuRenqing,WuYousheng,PengXingning.Ananalysis oftheinteractionofshipchamber,waterandcablesin shipliftsystem[J】.ShipbuildingofChina,2004,45(3): 1-13.(inChinese) [6】朱世洪,周赤,刘敦煌.三峡升船机船厢失水事故动态 特性研究[J].长江科学院院报,2002,19(3):7-9. ZhuShihong,ZhouChi,LiuDunhuang.Studyon dynamicpropertiesofship--liftduringwater--losingfrom shipchamberofThreeGorgesproject[J】.Journalof YangtzeRiverScientificResearchInstitute,2002,19(3): 7-9.(inChinese) [7】余志兴,刘应中,缪国平,尤云祥.三峡升船机的水动 力计算[J】.上海交通大学,2002,36(11): 1548-1554. YuZhixing,LiuYingzhong,MiuGuoping,YouYunxiang. HydrodynamiccalculationsforshipliftinThree-Gorges [J】.JournalofShanghaiJiaotongUniversity,2002,36(11): 1548-1554.(inChinese) [8】阮诗伦,程耿东.三峡升船机船.水.厢耦合系统的非线 性有限元时域计算[J】.计算力学,2003,20(3): 290-295. RuanShilun,ChengGengdong.Calculationof ship-water-chambercoupledsystemintheshipliftwith finiteelementmethodintimedomain[J】.Chinese JournalofComputationalMechanics,2003,20(3):29o~ 295.(inChinese) [9】吴建康,唐军沛.三峡升船机承船厢浅水船波自然频 率的研究[J】.华中理工大学,1995,23(10):98- 103. WuJiankang,TangJunpei.Naturalfrequenciesof shallowwaterwavesintheshipreceptionchamberofa shiplift[J】.JournalofHuazhongUniversity,1995, 23(1:98-103.(inChinese) [10】KuK/LI.DesignreportoftheThree-Gorgeslift-ship, B-stage[R].Germany,2004.12.