CN113189643B - 一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法，包括：获取外力作用在水工闸门上的波形数据，波形数据包括地震波数据和流激波数据；根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线，并将动力波曲线传输给终端；通过终端对动力波曲线进行分析，得出合成结果。本装置通过对水流‑地震产生的波形进行耦合，进而对耦合结果进行分析，得出水流‑地震的耦合作用机理，能够为建立水工闸门提高水工闸门的抗震能力、抗水流冲击能力提供了数据和技术支撑，实用性强，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程抗震技术领域，特别涉及一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法。
背景技术
引汉济渭工程的水闸数量多、规模大、服役环境复杂、关键技术难度大，尤其是在强震、水流、环境激励等多种随机因素耦合作用下将产生复杂的动力响应，对水工结构的安全运行构成严重威胁。水利水电工程枢纽中，水闸及附属的泄水设施如果遭受地震破坏，将会导致库水位上升，进而威胁大坝的安全。另外，大型电力设施的震害，会导致发电中断，对电网造成很大的冲击，对抗震救灾不利，还可能导致更加严重的次生灾害。
闸门与启闭设施的地震响应受水流环境激励的影响，具有显著的随机性和耦合性，已有研究成果的理论方法尚不能合理、精确、高效地针对闸门与启闭设施进行地震-水流耦合动力响应分析，现有的理论方法缺乏试验验证；且闸门与启闭设施振动特性复杂，地震-水流耦合动力响应作用下的破坏性大，有必要探索抑制闸门与启闭设施地震-水流耦合动力响应的规律和破坏机理，因此，需要提供一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法予以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法，在于现有的方法不能合理、精确、高效地针对闸门与启闭设施进行地震-水流耦合动力响应分析，不能得出抑制闸门与启闭设施地震-水流耦合动力响应的规律和破坏机理，从而不能为闸门提高抗震能力、抗水流冲击能力提供了数据和技术支撑的问题。
本发明提供了一种水工闸门地震动和水流激励的合成方法，包括：
获取外力作用在水工闸门上的波形数据，所述波形数据包括地震波数据和流激波数据；
根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线，并将动力波曲线传输给终端；
通过终端对动力波曲线进行分析，得出合成结果。
优选地，地震波数据和流激波数据包括频率、周期、振幅、功率谱。
优选地，根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线的方法：
根据所述地震波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的地震波加速度时程曲线；
根据所述流激波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的流激波加速度时程曲线；
对所述地震波加速度时程曲线和流激波加速度时程曲线进行耦合，生成所述动力波曲线。
优选地，对地震波加速度时程曲线和流激波加速度时程曲线进行耦合，生成动力波曲线的方法为：
获取地震波数据或者流激波数据中的频率I，当地震波数据或者流激波数据的频率I大于其设定的频率阈值时；对地震波数据和流激波数据中对应的周期、振幅、功率谱进行叠加，得出叠加后的周期I、振幅I、功率谱I；
根据频率I，周期I、振幅I、功率谱I数据绘制动力波曲线。
本发明还公开一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，包括：
地震动加速度传感器1，用于获取地震作用在水工闸门上的地震波数据；
流激作用加速度传感器3，用于获取水流作用在水工闸门上的流激波数据；
地震动波形发生器2，对地震波数据进行处理形成地震动加速度时程曲线；
流激波波形发生器4，对流激波数据进行处理形成流激作用加速度时程曲线；
阈值器5，将地震波数据或者流激波数据中的频率I与其设定的频率阈值对比；
波形合成器6，当频率I大于设定的频率阈值，则以所述频率I为动力波频率对地震波数据和流激波数据进行合成；
终端7，用于对波形合成器合成的动力波曲线进行分析，得出合成结果。
优选地，阈值器5包括：
识别电路模块，用于识别地震波数据和流激波数据；
虚拟电子开关元件，用于根据识别电路模块中获取的地震波数据或者流激波数据中的频率I，当频率I大于设定的频率阈值，则通过波形合成器6对地震波和流激波进行合成，否则，不对地震波数据和流激波数据进行合成；
A/D卡，用于将输入的地震波数据和流激波数据转化成动力波数据，所述动力波数据包括频率I、周期I、振幅I、功率谱I。
优选地，终端7包括显示模块、数据输入模块、数据分析模块、无线传输模块，所述数据分析模块为有限元分析模型。
优选地，所述终端7为计算机或手机，用于对阈值器5的阈值进行调整，用于对合成的动力波曲线进行有限元分析，查看分析结果。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法，能大规模使用。
2、本发明提供的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法，通过对水流-地震产生的波形进行耦合，进而对耦合后的动力波进行分析，得出水流-地震的耦合作用机理，能够为建立水工闸门提高水工闸门的抗震能力抗水流冲击能力提供了数据和技术支撑，实用性强，值得推广。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明耦合系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图1到图2，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种水工闸门地震动和水流激励作用合成方法，包括：获取外力作用在水工闸门上的波形数据，所述波形数据包括地震波数据和流激波数据；根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线，并将动力波曲线传输给终端；通过终端对动力波曲线进行分析，得出合成结果。
其中，地震波数据和流激波数据包括频率、周期、振幅、功率谱。
其中，根据所述地震波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的地震波加速度时程曲线；根据所述流激波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的流激波加速度时程曲线；对所述地震波加速度时程曲线和流激波加速度时程曲线进行耦合，生成所述动力波曲线。
其中，获取地震波数据或者流激波数据中的频率I，当地震波数据或者流激波数据的频率I大于其设定的频率阈值时；对地震波数据和流激波数据中对应的周期、振幅、功率谱进行叠加，得出叠加后的周期I、振幅I、功率谱I；根据频率I，周期I、振幅I、功率谱I数据绘制动力波曲线。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，地震动加速度传感器1，用于获取地震作用在水工闸门上的地震波数据；流激作用加速度传感器3，用于获取水流作用在水工闸门上的流激波数据；
地震动波形发生器2，对地震波数据进行处理形成地震动加速度时程曲线；流激波波形发生器4，对流激波数据进行处理形成流激作用加速度时程曲线；阈值器5，将地震波数据或者流激波数据中的频率I与其设定的频率阈值对比；波形合成器6，当频率I大于阈值器5设定的频率阈值，则以所述频率I为动力波频率对地震波数据和流激波数据进行合成；终端7，用于对波形合成器合成的动力波曲线进行分析，得出合成结果。
其中，阈值器包括：识别电路模块，用于识别地震波数据和流激波数据；虚拟电子开关元件，用于根据识别电路模块中获取的地震波数据或者流激波数据中的频率I，当频率I大于设定的频率阈值，则通过波形合成器6对地震波和流激波进行合成，否则，不对地震波数据和流激波数据进行合成；A/D卡，用于将输入的地震波数据和流激波数据转化成动力波数据，所述动力波数据包括频率I、周期I、振幅I、功率谱I。
需要说明的是，当地震波数据中的频率大于其对应设置的频率阈值且流激波数据中的频率大于其对应设置的频率阈值时，则以两个频率的最大值为动力波数据的频率I。
其中，终端包括显示模块、数据输入模块、数据分析模块、无线传输模块，所述数据分析模块为有限元分析模型。
其中，终端为计算机或手机，用于对阈值器的阈值进行调整，用于对合成的动力波曲线进行有限元分析，查看分析结果，根据地震动和水流激励作用的耦合结果，为研究地震-水流耦合动力响应的规律和破坏机理提供数据支持。
综上所述，本发明实施例提供的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统及合成方法，通过对水流-地震产生的波形进行耦合，进而对耦合后的动力波进行分析，得出水流-地震的耦合作用机理，能够为建立水工闸门提高水工闸门的抗震能力、抗水流冲击能力提供了数据和技术支撑，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种水工闸门地震动和水流激励的合成方法，其特征在于，包括：
获取外力作用在水工闸门上的波形数据，所述波形数据包括地震波数据和流激波数据；
根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线，并将动力波曲线传输给终端；
通过终端对动力波曲线进行分析，得出合成结果；
根据波形数据绘制波形曲线，对波形曲线进行合成得出动力波曲线的方法：根据所述地震波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的地震波加速度时程曲线；根据所述流激波数据绘制以时间和加速度为横纵坐标的流激波加速度时程曲线；对所述地震波加速度时程曲线和流激波加速度时程曲线进行耦合，生成所述动力波曲线；
地震波数据和流激波数据包括频率、周期、振幅、功率谱；
对地震波加速度时程曲线和流激波加速度时程曲线进行耦合，生成动力波曲线的方法为：
获取地震波数据或者流激波数据中的频率I，当地震波数据或者流激波数据中的频率I大于其设定的频率阈值时；对地震波数据和流激波数据中对应的周期、振幅、功率谱进行叠加，得出叠加后的周期I、振幅I、功率谱I；
根据频率I，周期I、振幅I、功率谱I数据绘制动力波曲线。
2.一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，其特征在于，包括：
地震动加速度传感器（1），用于获取地震作用在水工闸门上的地震波数据；
流激作用加速度传感器（3），用于获取水流作用在水工闸门上的流激波数据；
地震动波形发生器（2），对地震波数据进行处理形成地震动加速度时程曲线；
流激波波形发生器（4），对流激波数据进行处理形成流激作用加速度时程曲线；
阈值器（5），将地震波数据或者流激波数据中的频率I与其设定的频率阈值对比；
波形合成器（6），当频率I大于设定的频率阈值，则以所述频率I为动力波频率对地震波数据和流激波数据进行合成；
终端（7），用于对波形合成器合成的动力波曲线进行分析，得出合成结果。
3.如权利要求2所述的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，其特征在于，阈值器（5）包括：
识别电路模块，用于识别地震波数据和流激波数据；
虚拟电子开关元件，用于识别电路模块中获取的地震波数据或者流激波数据中的频率I，当频率I大于阈值器（5）设定的频率阈值时，则通过波形合成器（6）对地震波数据和流激波数据进行合成，否则，不对地震波数据和流激波数据进行合成；
A/D卡，用于将输入的地震波数据和流激波数据转化成动力波数据，所述动力波数据包括频率I、周期I、振幅I、功率谱I。
4.如权利要求2所述的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，其特征在于，终端（7）包括显示模块、数据输入模块、数据分析模块、无线传输模块，所述数据分析模块为有限元分析模型。
5.如权利要求4所述的一种水工闸门地震动和水流激励的耦合系统，其特征在于，所述终端（7）为计算机或手机，用于对阈值器（5）的阈值进行调整，用于对合成的动力波曲线进行有限元分析，查看分析结果。
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