流冰碰撞下閘門的有限元分析

摘 要：在黃河開河時期，經(jīng)常發(fā)生冰塞、冰壩等災害，對水工建筑物造成破壞。文章運用ANSYS/LS-DYNA軟件對流冰撞擊閘門的過程進行了仿真模擬，模擬了流冰撞擊閘門時冰和閘門的受力過程，同時繪制出不同速度下流冰的壓強曲線。文章從有限元仿真模擬研究上，對流冰碰撞水工建筑物問題進行了分析，為以后更深入的研究工作提供了參考。

關鍵詞：ANSYS/LS-DYNA；仿真模擬；流冰；閘門

黃河內(nèi)蒙古河段地處黃河流域最北端，由于緯度較高，因此造成氣溫上暖下寒，并且冬季嚴寒而漫長，氣溫在0℃以下的時間可持續(xù)4～5個月，是穩(wěn)定封河河段。在開河階段，極其容易發(fā)生冰壩、冰塞等險情，并且大塊的流冰對水工建筑物會造成不同程度的破壞，因此，開展流冰對建筑物的破壞研究意義重大。目前利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對撞擊問題進行模擬分析越來越普遍，文章利用此軟件對流冰撞擊閘門問題進行分析，希望可以為冰凌的防治工作提供一定參考。

1 流冰碰撞閘門的運動方程

在文章中，流冰碰撞閘門屬于低速度的非線性問題，在碰撞的瞬間流冰將發(fā)生變形，整個碰撞的過程中伴隨著能量交換和吸收，在有限元方法中，其運動方程可以表示為

2 數(shù)值模型的建立

文章采用顯示六面體實體單元：SOLID164，建立三維實體模型，并采用沙漏粘性阻尼，以節(jié)省存儲量，增快計算速度，克服零能模式。

文章建立的有限元模型分為平板剛閘門和流冰兩部分，其中平板剛閘門部分由五根縱梁，兩根主梁，兩根次梁和面板組成，面板寬為2640mm，長為3000mm，厚為20mm，主梁長、寬、高分別為2640mm、80mm、320mm?！?br>