Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Behnamfar,Kiachehr Behfarnia,Abdolreza Kabiri
فرهاد بهنام فر (استاد راهنما) کیاچهر بهفرنیا (استاد مشاور) عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Azadeh Jafari
آزاده جعفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
Vertical sluice gates are one of the most common hydraulic structures that are used in dam engineering. Fluid-structure interaction is a frequent problem of design engineers and researchers. Present study focuses on the interaction between water flow and sluice gate operation namely flow induced vibration of sluice gates. Numerical investigation was performed to study the fluid-structure interaction using finite element method. Three dimensional behavior of the sluice gate with respect to the boundary conditions of gate and flow was considered. According to the results of former investigations, the gate upstream face should be beveled with an angle of 45° to give the best operational condition e.g. to reduce the gate stream-wise vibrations. For stream-wise gate vibrations, the small gate’s opening with one degree of freedom ( f xo / f yo = 0: 1-DOF in x -direction where y -deflection is blocked, where f xo and f yo are respectively) have been investigated previously. In general, in the concept of structural dynamics, the fluid-induced vibrations are characterized by a hydrodynamic dimensionless parameter namely “reduced velocity”. This parameter relates to the ration of a typical flow frequency V / d (where V is the flow velocity and d is the gate’s thickness) to the solid natural frequency n . According to former researches, the flow-induced vibrations of sluice gates establish in three distinct vibration domains characterized by a range of dimensionless reduced velocity number. Numerical results indicate that stream-wise gate vibration reduces significantly if the upstream edge of the gate is beveled at an angle of 45° compared to rectangular-lip gates. However, the maximum vibration occurs for the same rate of gate’s opening to the gate thickness d / b . The cross-flow vibrations have also been investigated for the condition of f xo / f yo = ?: 1-DOF in y -direction and x -deflection blocked.). Numerical modeling was performed for different values of gate opening to the gate thickness ratios and reduced velocities ranging between from 2 to 3.5. Results compare well with those of former investigations. Flow-induced vibrations of sluice gates with 2-DOF was also studied considering the reduced velocities V rx and V ry for different values of f xo / f yo . For f xo / f yo = 2.89, close to the natural frequency f y0 of the vertical d.o.f, dominant vertical vibrations due to ILEV-excitation occur in range 2 V ry 4. Numerical results indicates that horizontal amplitudes in 2-d.o.f become much larger than the amplitudes of the gate with only one horizontal d.o.f. Close to the natural frequency f x0 of the horizontal d.o.f, vibrations due to MIE-excitation occur in range 3.5 V rx 7, V ry 10. Horizontal response vibration in 2-d.o.f is the same response with only one horizontal d.o.f. Keywords: Flow-induced vibration,Gate vibration,, Numerical modeling, Sluice gates.
تخلیه‌کننده های تحتانی یکی از مهم ترین سازه های هیدرولیکی مورد استفاده در سدهای خاکی و بتنی هستند. این سازه های هیدرولیکی هم زمان با عبور آب از زیر آن ها مستعد بروز شرایط اندرکنشی بین رفتار سازه و ویژگی های هیدرولیکی جریان می باشند. اندرکنش سیال- سازه [1] شامل طیف وسیعی از مسائل مهندسی و عملی است که به دلیل پیچیدگی‌های خاص ‌خود کمتر مورد تحلیل و بررسی قرارگرفته است. موضوع مورد بررسی در این تحقیق مربوط به یکی از زیر شاخه‌های اندرکنش سیال- سازه یعنی ارتعاشات القا شده توسط سیال [2] بر دریچه‌های تخلیه‌کننده‌های تحتانی سدها است. بر این اساس در مطالعه‌ی حاضر به شبیه‌سازی عددی سازه و سیال به روش اجزاء محدود پرداخته می شود. سازه ی دریچه در تکیه گاه ها توسط فنر و میراگر به صورت سه بعدی مدل می شود و ارتعاش هم در جهت افقی و هم در جهت قائم در نظر گرفته می شود. طبق بررسی ها ی انجام شده برای زوایای مختلف انتهای دریچه با افق، زاویه ی 45 درجه به عنوان زاویه ی بهینه برای طراحی دریچه ها در جهت کاهش ارتعاشات دریچه ها بدست آمد.همچنین به بررسی ارتعاشات افقی دریچه در حالت یک درجه آزادی پرداخته شد. به دلیل این که فقط درجه ی آزادی در جهت x وجود دارد و درجه ی آزادی در جهت قائم بسته است، نسبت فرکانس در جهت افقی به قائم برابر 0 = f xo / f yo است. بر اساس پارامتر بدون بعد سرعت کاهش یافته، ارتعاشات دریچه ها در جهت افقی در سه بازه از سرعت کاهش یافته قرار می گیرد. اثر میزان بازشدگی دریچه بر ارتعاشات افقی دریچه های با زاویه ی 45 درجه که به عنوان زاویه ی بهینه به دست آمد، بررسی شد و با نتایج آزمایشگاهی ارتعاشات در جهت افقی برای دریچه های با زاویه ی 0 درجه مقایسه شد. نتایج نشان دهنده ی کاهش ارتعاشات در بازشدگی های مختلف است. هرچند حداکثر دامنه ی ارتعاش در یک نسبت بازشدگی به ضخامت اتفاق می افتد. ارتعاشات قائم دریچه ها در حالت یک درجه آزادی و با زاویه ی بهینه بررسی شد. در این حالت به دلیل آنکه درجه ی آزادی در جهت قائم آزاد است و در جهت افقی درجه ی آزادی بسته شده است، نسبت فرکانس ارتعاش جهت افقی به قائم ? = f xo / f yo است. در نسبت های مختلف بازشدگی به ضخامت برای سرعت های کاهش یافته ی بحرانی بین 2 و 5/3 نمودار حداکثر دامنه ی ارتعاشات در بازشدگی های مختلف برای زاویه ی 45 درجه سطح پایینی دریچه با استفاده از حل عددی محاسبه شد که با نتایج آزمایشگاهی برای زاویه ی 0 درجه تطابق خوبی داشت. در بخش انتهایی اثر ارتعاشات قائم بر ارتعاشات افقی برای نسبت فرکانس افقی به قائم برابر 89/2 بررسی شد. مکانیزم های مختلف تحریک و بازه ی موثر سرعت کاهش یافته برای هر مکانیزم بیان شد و تأثیر ارتعاش قائم بر دامنه ی ارتعاش افقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده ی اثر ارتعاش قائم در افزایش دامنه ی ارتعاش افقی در سرعت های کاهش یافته ی پایین جریان است و در سرعت های کاهش یافته ی زیاد اثری در دامنه ی ارتعاشات افقی دیده نشد و پاسخ دریچه دقیقاً شبیه پاسخ دریچه با یک درجه آزادی در جهت افقی است. کلمات کلیدی: ارتعاش دریچه، دریچه ی کشویی، تخلیه کننده ی تحتانی، حل عددی [1] Fluid-Structure Interaction (FSI) [2] Flow Induced Vibration

ارتقاء امنیت وب با وف بومی