[发明专利]一种水工弧形钢闸门参数荷载识别方法

说明书

本发明公开了一种水工弧形钢闸门参数荷载识别方法，具体步骤包括：考虑弧形钢闸门的结构特点，建立能反映原型弧形钢闸门动力特性的空间框架简化模型；根据该简化模型构建弧形钢闸门参数振动有限元动力微分方程；给定荷载对参数振动有限元方程进行动力时程分析；设计参数荷载识别的BP神经网络模型的拓扑结构；应用时程分析的数据作为学习样本训练参数荷载识别模型并检验识别模型的有效性。本发明充分利用方便获取的闸门的动力响应数据对参数荷载进行有效识别，具有精度高的特点，解决了参数荷载不便于直接测量的难题，为弧形钢闸门参数振动分析及动力稳定性的判定提供了基础。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种水工弧形钢闸门参数荷载识别方法。

背景技术

弧形钢闸门是水利工程中应用最为广泛的闸门之一，通常作为泄水孔口的工作闸门。弧形钢闸门在动水中启闭及局部开启过程中，因水流的作用存在不同程度的振动，尤其当水动力荷载和闸门的动力特性出现不利组合时，闸门产生强烈振动，已经有部分处于服役期的弧形钢闸门因发生严重振动而失事，造成了严重的经济损失。

弧形钢闸门的振动是复杂的流固耦合动力系统，振动形式多样，其中参数振动是近年来学术界研究的热点。对于局部开启泄流的弧形钢闸门，由于特殊的边界及水力条件，动水作用往往会形成某种周期性的激振力，弧形钢闸门在承受纵向静水压力的同时，如果再受到纵向激振力，极易发生横向参数振动。参数振动和强迫振动的触发机理不同，在弧形钢闸门参数振动的动力微分方程中，激振力处于动力微分方程的左边，被称之为参数荷载。当参数荷载的频率和闸门的自振频率的关系位于动力不稳定区域时，会出现强烈的振动现象而导致结构丧失动力稳定性，被称之为参数共振。

弧形钢闸门的支臂承受纵向参数荷载是产生参数振动的诱因，参数荷载包括静力荷载和动力荷载两部分，其中动力荷载的频率有可能是水流本身的优势频率，但更常见的是闸门其他构件(如主梁)被激起的自振频率，它又作为参数荷载输入给支臂，就有可能激起参数共振，合理地确定参数荷载是判别弧形钢闸门发生动力失稳的前提条件。由于闸门结构及参数振动触发的复杂性，要准确测量参数荷载是十分困难甚至是不可能的，目前尚未建立有效辨识弧形钢闸门参数荷载的方法，无法全面揭示弧形钢闸门参数振动的触发机理。

发明内容

本发明的目的是提供一种水工弧形钢闸门参数荷载识别方法，具有能够充分利用动力响应的信息反求参数荷载，提高参数荷载求解精度的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种水工弧形钢闸门参数荷载识别方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据弧形钢闸门的结构特点，建立反映原型弧形钢闸门动力特性的空间框架简化模型；

步骤2、根据空间框架简化模型构建弧形钢闸门参数振动有限元动力微分方程；

步骤3、根据给定的荷载对参数振动有限元方程进行动力时程分析；

步骤4、构建参数荷载识别的BP神经网络模型；

步骤5、将动力时程分析的数据作为学习样本训练参数荷载识别的BP神经网络模型；

步骤6、检验参数荷载识别的BP神经网络模型的有效性。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、应用有限元软件分析弧形钢闸门的动力特性，根据闸门的结构特点，对不同的构件选用合适的单元进行模拟，获得闸门的自振频率及振型；

步骤1.2、考虑面板的影响，将面板质量分配在主横梁上，忽略曲梁曲率的影响，以直梁代替曲梁，经过结构简化建立弧形钢闸门的空间框架简化模型，采用动力刚度法分析该简化模型的动力特性，获得其自振频率及振型；