水電站墊層蝸殼數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、蝸殼是反擊式水輪機(jī)的重要引水部件,是水電站水下部分的主要結(jié)構(gòu),也是水電站廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。根據(jù)我國的國情,大力發(fā)展墊層蝸殼是非常必要的,具有重大的實(shí)際意義。墊層蝸殼結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,墊層材料具有非線性特性,內(nèi)水壓力傳遞比例不易控制。尤其是隨著水電站工作水頭和單機(jī)容量的急劇增大,結(jié)構(gòu)尺寸更趨龐大,受力條件更為復(fù)雜,結(jié)構(gòu)安全和設(shè)計(jì)優(yōu)化更顯突出。這就對墊層蝸殼的應(yīng)用提出了更高的要求,如何建立合理的有限元模型,真實(shí)模擬其實(shí)際運(yùn)行的全過程,選取合適

2、的模型模擬墊層材料,進(jìn)行有效的有限元分析,是至今尚未很好解決的課題。 針對墊層蝸殼結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和存在的主要問題,本文從墊層材料入手,系統(tǒng)研究了墊層參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對蝸殼變形狀態(tài)的影響,考慮了墊層材料的非線性,鋼板與混凝土接觸效應(yīng)等主要因素,進(jìn)行了深入的探討和研究,取得了以下幾項(xiàng)成果： 1.結(jié)合拉西瓦水電站工程,建立了墊層蝸殼結(jié)構(gòu)的平面軸對稱有限元模型。探討了墊層材料的基本參數(shù)即彈性模量、泊松比、厚度對鋼板與外圍混凝土承擔(dān)

3、內(nèi)壓比例的調(diào)節(jié)規(guī)律,并對這些設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化并提出合理的數(shù)值參考。 2.研究了墊層蝸殼結(jié)構(gòu)在不同墊層鋪設(shè)范圍下的應(yīng)力狀態(tài),分析了不同墊層范圍下蝸殼及外圍混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的變形規(guī)律與應(yīng)力水平。分析了在各種不同荷載作用下墊層蝸殼的應(yīng)力、位移分布特征,為設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。 3.通過對墊層材料非線性的研究,分析其對蝸殼結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；應(yīng)用彈簧間隙單元模擬墊層材料非線性特性,并驗(yàn)證其合理性?？紤]墊層-鋼板-外圍混凝土之間的