[發(fā)明專利]一種弧形閘門重心的近似計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010493856.2
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號: CN111753358A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 蘭欽;廖玉海;胡彩石;許勇剛;翟曉斌
• 申請（專利權）人: 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;E02B7/42;G06F119/14
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏;李美麗

本發(fā)明公開了一種弧形閘門重心的近似計算方法，包括以下步驟：步驟1，計算全關狀態(tài)時弧形閘門各構件i的重量m_i及等效重力力臂r_Gi,j；步驟2，計算全關狀態(tài)時直角坐標系表示的弧形閘門重力力臂r_j；步驟3，計算全關狀態(tài)時極坐標表示的弧形閘門重力力臂r_G，其中：r_G＝r_j/sinθ_G，θ_G＝θ_w；式中，θ_w為弧形閘門全關狀態(tài)時總水壓力作用線與豎向夾角。本發(fā)明能夠簡潔、高效地計算出弧形閘門重心，且計算誤差小。

技術領域

本發(fā)明屬于水利水電工程技術領域，特別涉及一種弧形閘門重心的近似計算方法。

背景技術

弧形閘門重心是影響啟閉力的重要因素。與平面閘門不同，弧形閘門結構復雜，其重心不易準確獲取。我國《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范SL 74-2013》和《水電工程鋼閘門設計規(guī)范NB 35055-2015》均只簡單地給出了弧形閘門啟閉力計算的表達式，其中重力矩采用自重與力臂之積表示，但并沒有給出弧形閘門重心的計算公式。長期以來，弧形閘門重心計算通常采用經驗公式，即近似認為重心位于弧形閘門全關時總水壓力作用線上距支鉸中心0.8或0.85倍半徑處。該經驗公式綜合考慮了弧形閘門實際外荷載和主框架合理剛度比，依據等安全度水平設計理念，并結合大量工程經驗得到，概念清楚、計算簡便，在工程界得到了普遍的應用。但是該公式未考慮弧形閘門設計時實際重量分布，更不能體現(xiàn)弧形閘門優(yōu)化設計過程中重心隨結構形式的動態(tài)變化，必然存在較大的誤差。

隨著計算機三維輔助設計平臺的開發(fā)和普遍應用，設計人員只需要建立弧形閘門的三維模型，便可以獲取弧形閘門重心的精確值。但是目前這種方法難以將弧形閘門結構優(yōu)化與啟閉機布置優(yōu)化放在同一平臺上通過程序實現(xiàn)。設計人員往往需要將采用平面體系法設計的弧形閘門在三維輔助設計平臺上建立模型，得到重心后再進行啟閉力計算和布置優(yōu)化，計算和優(yōu)化效率低下，也得不到弧形閘門結構和啟閉機布置的全局最優(yōu)結果。此外，三維輔助設計平臺需要耗費大量計算機容量，計算時間也較長。設計中期望能有一套弧形閘門重心和重力矩的解析計算公式，進而能將弧形閘門結構計算與啟閉機布置優(yōu)化結合，以便得到全局最優(yōu)解。

針對弧形閘門重心的解析計算法，目前可以采用的是組合法。組合法計算弧形閘門重心的思路如下：計算出閘門全關狀態(tài)時各構件的重量m_i及對其主慣性軸的重心x_0Ci，進而通過坐標變換計算出各構件在直角坐標系xoy下的重心(x_Ci,y_Ci)，然后計算出直角坐標系下弧形閘門重心(x_C,y_C)，則易得出弧形閘門重心的極坐標表示式：θ_G＝arctan(x_C/y_C)。該方法與經驗公式和三維模型相比較，具備一定的優(yōu)勢，但是需要計算各個構件的重心，且需坐標變換，計算過程仍較為復雜。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術中經驗公式精度低、三維模型建模復雜、組合法計算過程復雜的不足，提供一種簡潔、高效、計算誤差小的弧形閘門重心近似計算方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種弧形閘門重心的近似計算方法，其特點是包括以下步驟：

步驟1，計算全關狀態(tài)時弧形閘門各構件i的重量m_i及等效重力力臂r_Gi,j；

步驟2，計算全關狀態(tài)時直角坐標系表示的弧形閘門重力力臂r_j；