[發(fā)明專利]一種水工弧形鋼閘門參數(shù)荷載識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110277298.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN113158297B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉計(jì)良;司政;李炎隆;劉云賀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 戴媛

本發(fā)明公開了一種水工弧形鋼閘門參數(shù)荷載識(shí)別方法，具體步驟包括：考慮弧形鋼閘門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立能反映原型弧形鋼閘門動(dòng)力特性的空間框架簡(jiǎn)化模型；根據(jù)該簡(jiǎn)化模型構(gòu)建弧形鋼閘門參數(shù)振動(dòng)有限元?jiǎng)恿ξ⒎址匠蹋唤o定荷載對(duì)參數(shù)振動(dòng)有限元方程進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析；設(shè)計(jì)參數(shù)荷載識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；應(yīng)用時(shí)程分析的數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練參數(shù)荷載識(shí)別模型并檢驗(yàn)識(shí)別模型的有效性。本發(fā)明充分利用方便獲取的閘門的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)荷載進(jìn)行有效識(shí)別，具有精度高的特點(diǎn)，解決了參數(shù)荷載不便于直接測(cè)量的難題，為弧形鋼閘門參數(shù)振動(dòng)分析及動(dòng)力穩(wěn)定性的判定提供了基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水工弧形鋼閘門參數(shù)荷載識(shí)別方法。

背景技術(shù)

弧形鋼閘門是水利工程中應(yīng)用最為廣泛的閘門之一，通常作為泄水孔口的工作閘門。弧形鋼閘門在動(dòng)水中啟閉及局部開啟過程中，因水流的作用存在不同程度的振動(dòng)，尤其當(dāng)水動(dòng)力荷載和閘門的動(dòng)力特性出現(xiàn)不利組合時(shí)，閘門產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，已經(jīng)有部分處于服役期的弧形鋼閘門因發(fā)生嚴(yán)重振動(dòng)而失事，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

弧形鋼閘門的振動(dòng)是復(fù)雜的流固耦合動(dòng)力系統(tǒng)，振動(dòng)形式多樣，其中參數(shù)振動(dòng)是近年來學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。對(duì)于局部開啟泄流的弧形鋼閘門，由于特殊的邊界及水力條件，動(dòng)水作用往往會(huì)形成某種周期性的激振力，弧形鋼閘門在承受縱向靜水壓力的同時(shí)，如果再受到縱向激振力，極易發(fā)生橫向參數(shù)振動(dòng)。參數(shù)振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的觸發(fā)機(jī)理不同，在弧形鋼閘門參數(shù)振動(dòng)的動(dòng)力微分方程中，激振力處于動(dòng)力微分方程的左邊，被稱之為參數(shù)荷載。當(dāng)參數(shù)荷載的頻率和閘門的自振頻率的關(guān)系位于動(dòng)力不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)現(xiàn)象而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失動(dòng)力穩(wěn)定性，被稱之為參數(shù)共振。

弧形鋼閘門的支臂承受縱向參數(shù)荷載是產(chǎn)生參數(shù)振動(dòng)的誘因，參數(shù)荷載包括靜力荷載和動(dòng)力荷載兩部分，其中動(dòng)力荷載的頻率有可能是水流本身的優(yōu)勢(shì)頻率，但更常見的是閘門其他構(gòu)件(如主梁)被激起的自振頻率，它又作為參數(shù)荷載輸入給支臂，就有可能激起參數(shù)共振，合理地確定參數(shù)荷載是判別弧形鋼閘門發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)的前提條件。由于閘門結(jié)構(gòu)及參數(shù)振動(dòng)觸發(fā)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確測(cè)量參數(shù)荷載是十分困難甚至是不可能的，目前尚未建立有效辨識(shí)弧形鋼閘門參數(shù)荷載的方法，無法全面揭示弧形鋼閘門參數(shù)振動(dòng)的觸發(fā)機(jī)理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水工弧形鋼閘門參數(shù)荷載識(shí)別方法，具有能夠充分利用動(dòng)力響應(yīng)的信息反求參數(shù)荷載，提高參數(shù)荷載求解精度的特點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種水工弧形鋼閘門參數(shù)荷載識(shí)別方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、根據(jù)弧形鋼閘門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立反映原型弧形鋼閘門動(dòng)力特性的空間框架簡(jiǎn)化模型；

步驟2、根據(jù)空間框架簡(jiǎn)化模型構(gòu)建弧形鋼閘門參數(shù)振動(dòng)有限元?jiǎng)恿ξ⒎址匠蹋?/p>

步驟3、根據(jù)給定的荷載對(duì)參數(shù)振動(dòng)有限元方程進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析；

步驟4、構(gòu)建參數(shù)荷載識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟5、將動(dòng)力時(shí)程分析的數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練參數(shù)荷載識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟6、檢驗(yàn)參數(shù)荷載識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的有效性。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1.1、應(yīng)用有限元軟件分析弧形鋼閘門的動(dòng)力特性，根據(jù)閘門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)不同的構(gòu)件選用合適的單元進(jìn)行模擬，獲得閘門的自振頻率及振型；

步驟1.2、考慮面板的影響，將面板質(zhì)量分配在主橫梁上，忽略曲梁曲率的影響，以直梁代替曲梁，經(jīng)過結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化建立弧形鋼閘門的空間框架簡(jiǎn)化模型，采用動(dòng)力剛度法分析該簡(jiǎn)化模型的動(dòng)力特性，獲得其自振頻率及振型；