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一种山形自闭式水封的有限元仿真设计

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杨斌周雨微王中发刘礼华

摘要：充压伸缩式水封的机械加压方式带来闸门结构复杂和不耐久的缺点，为克服这一缺点，设计了一种依靠水封自身大變形主动封水的山形自闭式水封。该山形水封设计的关键是在设计阶段对各种工况下水封的变形进行准确预计。基于水封橡胶材料的非线性张量本构关系、几何大变形的非线性特征、接触非线性特征、连续介质基本计算原理对某山形自闭式水封进行了仿真计算，论述了山形自闭式水封的封水原理、封水规律和封水有效水头。该山形自闭式水封的应用，可大大削减闸门充压水封装置的建造成本，便于工程维护，耐久性较好，具有较大的推广价值。

关键词：山形自闭式水封；张量；库水压力；背压；仿真计算；封头接触应力

：TV131.6文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.025

引用格式：杨斌，周雨微，王中发，等.一种山形自闭式水封的有限元仿真设计[J].人民黄河，2022，44（1）：120-123.

FiniteElementSimulationDesignofaMountainTypeSelfClosingWaterSeal

YANGBin1，2，ZHOUYuwei2，WANGZhongfa2，LIULihua1

（1.SchoolofCivilArchitecturalEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China；2.HubeiWaterResourcesTechnicalCollege，Wuhan430070，China）

Abstract：Themechanicalpressuremodeofpressureexpansionwatersealbringstheshortcomingsofcomplexityandnondurabilityofgatestructure.Inordertoovercomethesedisadvantages，akindofmountaintypeselfclosingwatersealwhichreliedonthelargedeformationofitselftosealwaterwasinnovated.Thekeytothedesignofthemountaintypewatersealwastoaccuratelypredictthedeformationofthewatersealundervariousworkingconditionsinthedesignstage.Basedonthenonlineartensorconstitutiverelationofwatersealrubbermaterial，thenonlinearcharacteristicsofgeometriclargedeformation，thecontactnonlinearcharacteristicsandthebasiccalculationprincipleofcontinuousmedium，thesimulationcalculationofamountaintypeselfclosingwatersealwascarriedout.Thewatersealingprinciple，watersealinglawandeffectivewaterheadtosealingwaterofmountaintypeselfclosingwatersealwerediscussed.Theestablishmentofthetypewatersealcangreatlyreducetheconstructioncostofgatefillingwatersealdevice，facilitateengineeringmaintenance，improvedurabilityandhasgreatapplicationvalue.

Keywords：mountaintypeselfclosingwaterseal；tensor；reservoirpressure；backpressure；simulationcalculation；headcontactstress

1引言

充压伸缩式水封是高压闸门的一种新型水封，目前采用气压型式，是在水封座板下连通一根充压气管通过机械加压使封头外伸与止水面板接触顶紧形成止水[1]。充气加压方式需要在闸门门体中设置加压设备和管道，使得闸门结构非常复杂，闸门经常启闭振动会使设备和管道疲劳，需对设备和管道经常进行维护与更换，费工、不经济。因此，考虑设计一种自闭式水封，取消加压设备和管道，直接