隨著水電的快速發(fā)展及裝機(jī)容量不斷增大,結(jié)構(gòu)巨型化和工況變化頻繁已成必然趨勢,機(jī)組軸系-支承-廠房耦聯(lián)結(jié)構(gòu)間的相互作用及系統(tǒng)穩(wěn)定性問題愈發(fā)突出。水電站中很多構(gòu)件由螺栓裝配到一起,組合部件剛度相對較低,對于整體耦聯(lián)結(jié)構(gòu)振動特性必然存在一定影響,應(yīng)在動力設(shè)計中重點關(guān)注。但由于影響因素眾多且復(fù)雜,目前國內(nèi)外對于水電站耦聯(lián)結(jié)構(gòu)螺栓連接問題尚未進(jìn)行深入研究,僅限于螺栓強(qiáng)度驗算以及研究制造安裝工藝問題。本文對高強(qiáng)螺栓受力滑移規(guī)律及動力學(xué)建模方法進(jìn)行探索,并結(jié)合實際工程建立有限元模型,采用不同方案對松動及不同預(yù)緊力情況進(jìn)行模擬計算分析,揭示螺栓連接對水電站耦聯(lián)結(jié)構(gòu)振動特性的影響規(guī)律,主要工作和成果如下:1.分析了單搭接單螺栓有限元模型位移載荷曲線并對比了四種動力學(xué)建模方法,結(jié)論認(rèn)為:增大預(yù)緊力將提高螺栓連接件切向承載能力且預(yù)緊狀態(tài)下連接件滑移過程可分為摩擦黏結(jié)、部分滑移、完全滑移三個階段;相較于粘接、梁單元MPC以及彈簧阻尼法,虛擬介質(zhì)法有著建模方便、通用性強(qiáng)、計算精度高等優(yōu)點,更適合用于有著大量螺栓連接的組合結(jié)構(gòu)中,為研究水電站耦合結(jié)構(gòu)動力特性提供了一種準(zhǔn)確有效的建模方法。2.利用虛擬介質(zhì)法建立了帶有下機(jī)架的水電站廠房有限元模型,模擬了一個基礎(chǔ)板螺栓松動情況并進(jìn)行靜、動力分析,提取了各支臂水平向受力加以比較,結(jié)果表明:螺栓松動會降低機(jī)架、機(jī)墩的豎向、水平向最小剛度,增大下機(jī)架各點綜合應(yīng)力,相鄰支臂內(nèi)側(cè)立筋與上環(huán)板連接位置易率先發(fā)生破壞,不利于機(jī)組安全運行;松動也降低了耦聯(lián)結(jié)構(gòu)固有頻率,出現(xiàn)局部支臂振動形式,使該支臂成為耦聯(lián)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié),同時機(jī)架及廠房各部位振幅增大,對結(jié)構(gòu)抗振不利;松動支臂水平承載能力急劇降低,相鄰兩支臂受力急劇增大,其上螺栓易率先發(fā)生疲勞破壞。3.對五種預(yù)緊力方案下水電站機(jī)墩單體及耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)及諧響應(yīng)分析,結(jié)果表明:下機(jī)架對于機(jī)墩單體結(jié)構(gòu)的約束較小,計算自振特性時可以忽略;預(yù)緊力對于廠房結(jié)構(gòu)橫向剛度的影響大于縱向,增大預(yù)緊力在一定程度上提高了機(jī)組支承—廠房耦合結(jié)構(gòu)的剛度,極大減小了機(jī)架的振幅,有利于機(jī)組穩(wěn)定運行;預(yù)緊力較小時連接剛度較低,加劇支承機(jī)架的振動,此時應(yīng)在研究過程中充分考慮實際預(yù)緊狀態(tài)以保證計算結(jié)果的精確性和可靠性,而當(dāng)各處螺栓預(yù)緊應(yīng)力均達(dá)到材料屈服強(qiáng)度的60-70%時,可在建模時直接采用剛性連接以提升計算效率,計算精度也可得到保證。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV312
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 螺栓固定結(jié)合面研究進(jìn)展
        1.2.2 螺栓連接建模方法研究進(jìn)展
        1.2.3 螺栓連接對水電站耦聯(lián)系統(tǒng)振動特性影響研究進(jìn)展
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 分析理論與計算模型
    2.1 分形理論
    2.2 虛擬介質(zhì)解析模型
    2.3 動力分析理論
        2.3.1 模態(tài)分析
        2.3.2 諧響應(yīng)分析
    2.4 工程實例及有限元模型
        2.4.1 工程概況
        2.4.2 計算參數(shù)
        2.4.3 有限元模型
3 高強(qiáng)螺栓傳力機(jī)理及動力學(xué)建模方法研究
    3.1 高強(qiáng)螺栓傳力機(jī)理研究
        3.1.1 模型參數(shù)及邊界條件
        3.1.2 預(yù)緊載荷的施加及鎖定
        3.1.3 結(jié)果分析
    3.2 高強(qiáng)螺栓連接簡化模擬方法
        3.2.1 三維實體模型
        3.2.2 粘接法
        3.2.3 梁單元及MPC法
        3.2.4 彈簧-阻尼法
        3.2.5 虛擬介質(zhì)法
        3.2.6 模擬方法的比較與選取
    3.3 虛擬介質(zhì)法的驗證及預(yù)緊力影響初探
    3.4 本章小結(jié)
4 螺栓連接對水電站耦合結(jié)構(gòu)振動特性影響分析
    4.1 螺栓松動對水電站耦合結(jié)構(gòu)動力特性影響分析
        4.1.1 計算方案
        4.1.2 螺栓松動對下機(jī)架剛度影響
        4.1.3 螺栓松動對機(jī)墩剛度影響
        4.1.4 下機(jī)架—機(jī)墩連接結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.1.5 機(jī)組動力荷載下耦聯(lián)結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析
        4.1.6 螺栓松動對下機(jī)架各支臂荷載分配影響
    4.2 螺栓預(yù)緊力對水電站耦合結(jié)構(gòu)振動特性影響分析
        4.2.1 研究方案
        4.2.2 機(jī)墩單體結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.2.3 耦聯(lián)結(jié)構(gòu)自振特性分析
        4.2.4 機(jī)組動力載荷作用下耦聯(lián)結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝

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本文編號：2845426