1、隨著社會與經(jīng)濟的發(fā)展，水力發(fā)電作為一種可再生的清潔能源日益得到重視和開發(fā)。水電機組的單機容量和引用水頭急劇提高，廠房振動問題日益突出。大型復雜水電站廠房結構的動力學問題一直是國內(nèi)外研究的熱點和難點。目前，水電廠房結構在非線性動力學、抗震、流固耦合振動、模態(tài)參數(shù)識別方法等方面略顯不足。因此，該文致力于水電站廠房結構從工程中提煉出的動力學正、反問題的解決方案和結構原型振動觀測等方面的研究。主要研究成果如下： (1)傳統(tǒng)的水電站廠房結

2、構抗震研究思路主要是基于反應譜方法對結構進行線性分析。本文提出一種新的抗震分析方法，即用地震時程法并考慮材料的非線性因素對水電站廠房結構進行抗震研究，地震時程分析法具有全過程仿真的特點，它使得位移場(應力應變場)描述更細致，包括變形、應力、損傷形態(tài)等動力特性，它能準確的反應廠房結構的地震響應；而考慮非線性因素則能夠展現(xiàn)裂縫出現(xiàn)的位置及其數(shù)量，能夠精確細致地暴露結構的薄弱層和薄弱部位。這種方法的提出，對大體積混凝土結構進行基于性能的抗震研

3、究及安全評估具有重要的意義。 (2)本文利用強耦合法把有限元理論和聲場理論結合起來，建立了流固耦合場下廠房結構與流場的有限元動力學方程，為分析水電站廠房結構動力學特性提供了理論基礎，計算了壩后式水電站廠房的流固耦合振動特性，并與河床式水電站流固耦合特性進行比較，闡述了流體-結構兩者之間的耦聯(lián)振動特點，為水電站廠房結構防止共振的產(chǎn)生、確保安全發(fā)電奠定基礎。 (3)水電站廠房結構振動主要是水力、機械和電磁三大類振源引起的，廠

4、房結構與機組之間存在明顯的耦聯(lián)作用，廠房結構和機組振動系統(tǒng)呈明顯的動態(tài)耦合效應和非線性特征，用傳統(tǒng)的力學方法預測廠房結構振動響應較為困難。本文提出的神經(jīng)網(wǎng)絡預測方法是基于實測數(shù)據(jù)而不考慮結構精確的數(shù)學力學模型的前提條件下，能夠非線性的映射出研究對象的振動特性，即通過機組的振動和尾水脈動的監(jiān)測數(shù)據(jù)預測廠房結構的振動，該方法簡單、實用并具有一定預測精度，可以用于大型水電站廠房結構的健康監(jiān)測與振動控制中。 (4)水電站廠房的振動是機械

5、力、電磁力、水力脈動共同作用的結果，其動荷載很難測得，結構模態(tài)參數(shù)識別的難度不言自明。為解決以上困難，本文提出一種新的水電站廠房結構模態(tài)參數(shù)時域識別方法：RDT+ARMA方法，即采用隨機減量法提取停機過程中的結構振動信號，并用ARMA模型識別方法實現(xiàn)廠房結構模態(tài)參數(shù)的識別；進而提出一種基于環(huán)境激勵的廠房結構模態(tài)參數(shù)識別法：EMD+RDT+ARMA方法，即EMD法對環(huán)境激勵信號進行分解，隨機減量法提取IMFs的隨機減量特征后，用ARMA模

6、型方法實現(xiàn)結構模態(tài)參數(shù)的識別。上述兩種方法實用，并具有一定的精度，尤其適應于結構低階模態(tài)參數(shù)識別。 (5)水電站廠房現(xiàn)場振動測試是監(jiān)測廠房結構動力安全與否的重要途徑。本文分析了三峽水電站廠房結構振動原型觀測數(shù)據(jù)，研究了水電站廠房結構振動位移隨負荷變化規(guī)律，并引入了水電站廠房結構振動控制標準，評價了某發(fā)電負荷工況下廠房結構的振動狀況。從理論上分析了廠房結構的各種動荷載，計算了結構在動荷載作用下的振動響應，對實測數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)進行了對比