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水力发电学报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (2): 31-45.doi: 10.11660/slfdxb.20260203
摘要: 为了研究大型闸孔泄洪流场与闸室结构耦合机理,分析预测闸室结构应力应变特征,以大藤峡水利枢纽泄洪高孔为研究对象,提出基于流固耦合有限元模拟与BPNN融合的闸室应力位移协同预测方法,实现基于数值模拟数据的数字孪生。首先采用COMSOL平台建立水流-闸室有限元模型,对流量为23400 m3/s、30600 m3/s、39000 m3/s、42300 m3/s和66200 m3/s五种泄洪工况流固耦合过程进行模拟,分别获得闸孔流场特征及其作用下的闸室结构受力规律;在闸室结构和闸孔流场中布设1250个相互映射监测点,以15 s为时间间隔,提取流场的流速、压力、湍流强度和涡量4个参数的数据,同样提取闸室结构应力场应力和位移参数的数据,构建神经网络模型训练数据集;然后以监测点空间坐标和上述流场参数为输入特征,以闸室应力和位移为输出特征,建立BPNN模型,开展神经网络模型训练与泛化能力验证。结果表明:所建BPNN模型对闸室应力和位移预测的决定系数R2分别为0.9753和0.9869,其预测精度高;应力预测中有95.95%的数据样本误差在10%内,其中最大绝对误差0.097 MPa;预测结果中位移有99.13%的数据样本误差也在10%内,最大绝对误差为0.395 mm,低于0.45 mm的闸体接缝容许变形阈值。通过研究验证,所提的协同预测方法可行,所建立的BPNN模型对闸室应力位移预测可靠;证明所提的研究方法科学可行。
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