Solidworks在钢闸门有限元分析中的应用探讨

    黑龙江七台河市某水库输水洞，工作闸门孔口尺寸为1.5m×l.8m，底槛高程192.00，设计洪水位195.00，设计水头H =3.0m。闸门采用平面滑动式钢闸门，面板布置在上游侧，单吊点，双主梁结构，梁系采用等高连接。文章拟使用达索的有限元分析模块 Simulation对此钢闸门进行分析计算，并和按照《水利水电工程钢闸门设计规范》(GB 64-2013)的手算结果进行对比探讨。

1 有限元及达索三维设计软件简介

    作为一种求解偏微分方程数值解的数学方法，有限单元法理论成形并发展于20世纪50-60年代，由于当时理论尚处于成形阶段，计算机的应用尚未普及，这使得有限单元法的应用大大受到限制。从上世纪70年代末起，随着计算机的普及，有限元单元法开始普及，同时也出现了很多大型有限元商业程序。如今，有限元已广泛应用于机械，岩木，桥梁等各个领域。

    是当今主流的机械设计三维建模软件之一，同时，其集成了Simulation有限元分析模块。和大型商业有限元分析软件ANSYS相比，具有强大的建模能力，而Simulation操作简单，易于上手。从实体建模，材料给定，加载边界条件，再到求解均非常方便。

2 钢闸门的设计工况和结构参数

    钢闸门的面板尺寸为1940mm×1830mm，闸门采用双主梁结构，主梁采用型钢I25a，顶梁采用组合梁，底梁采用型钢I16。在闸门中间设置一道竖直次梁，竖直次梁亦采用型钢I25。闸门的梁系布置尺寸见图1-2。

3 钢闸门的传统应力计算

    如前所述，钢闸门主要是由面板，边梁，主梁与次梁构成—个空间的受力结构，钢闸门的内力计算与分析按照SL 74(水利水电工程钢闸门设计规范》执行。

    闸门所受的水压力图如图3所示。

    图3 闸门梁格布置图

  3.l 主梁荷载的确定

    闸门主梁的载荷分配按照“相邻间距之和半法”原则进行确定，即主梁的受荷宽度b为上下梁间距之和的1/2。

    首先计算下主梁的荷载。

    由此可见，下主梁所受的线荷载比较大，因上下主梁截面相同，只需校核下主梁的内力即可。

3.2 主梁的截面特性

    主梁采用工字钢I25a，面板参与下主梁梁格抗弯的有效宽度B根据《钢闸门设计规范》可取为B=300。计算截面如图4所示。