水电站机组与厂房耦合振动特性及分析方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

宋志强 著

图书标签:

• 水电站
• 机组振动
• 厂房耦合
• 振动特性
• 分析方法
• 水工结构
• 动力学
• 有限元
• 振动监测
• 工程应用

店铺： 北新网图书专营店

出版社： 科学

ISBN：9787030567130

商品编码：27178324199

出版时间：2018-03-01

基本信息

商品名称： 水电站机组与厂房耦合振动特性及分析方法	出版社： 科学出版社	出版时间：2018-03-01
作者：宋志强	译者：	开本： 16开
定价： 95.00	页数：	印次： 1
ISBN号：9787030567130	商品类型：图书	版次： 1

内容提要

本书在对振源及结构相互作用机理探讨的基础上，通过理论分析、数 值模拟和实验等手段，阐述了水电站机组轴系统在多振源耦合作用下的多 维振动特性、机组与厂房耦合振动特性等，论述了目前水电站机组与厂房 耦合振动理论前沿和工程应用成果。主要内容包括电磁与水力振源耦合作 用下机组轴系统振动特性、水电机组轴系统多维耦合振动分析、水电站机 组与厂房耦合振动及荷载施加方法研究、水电站机组与厂房振动测试和参 数识别以及水电站厂房地震响应分析等。 本书主要为水利水电领域相关科研、设计、运行管理技术人员提供借 鉴和参考，也可作为相关专业研究生学习和科研的参考用书。

《水电站机组与厂房耦合振动特性及分析方法》 引言 水电站作为国家能源结构的重要组成部分，其安全稳定运行是电力供应的生命线。水电站机组的振动是影响机组性能、设备寿命和厂房结构安全的关键因素之一。机组与厂房之间复杂的耦合振动特性，以及由此带来的潜在风险，一直是工程界关注的重点。本书旨在深入探讨水电站机组与厂房之间的耦合振动机理，系统梳理相关的分析方法，并提供实用的工程应用指导，以期为提高水电站的设计、运行和维护水平提供有力的理论和技术支撑。 第一部分：耦合振动的理论基础 第一章：振动理论基础回顾 振动基本概念： 介绍简谐振动、阻尼振动、强迫振动等基本概念。 单自由度体系动力学： 阐述自由振动、固有频率、阻尼比、模态等关键参数的意义及计算方法。 多自由度体系动力学： 介绍质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵的概念，以及振动方程的建立与求解（如模态分析法）。 振动传递与衰减： 探讨振动在介质中的传播规律，以及阻尼对振动能量的耗散作用。 第二章：机组与厂房的动力学特性 机组动力学模型： 水轮机模型： 考虑叶片、转轮、导水机构等部件的振动特性，以及水流激励产生的动力学响应。 发电机模型： 关注转子、定子、轴系的动力学行为，以及电磁激励的耦合作用。 辅助设备模型： 探讨调速器、励磁系统等对整体振动的影响。 联轴器与轴系动力学： 分析联轴器刚度、阻尼特性对扭转振动和弯曲振动的影响。 厂房结构动力学模型： 混凝土结构动力学： 建立厂房主体结构（基础、墙体、楼板、顶盖等）的动力学模型，分析其固有频率、振型和模态阻尼。 开挖与围岩耦合： 考虑厂房开挖对围岩应力状态的影响，以及围岩的动力学响应对厂房结构的反馈作用。 水岩耦合： 分析库水压力变化、地震作用等对厂房及其基础的动载荷。 空间有限元建模： 介绍如何利用有限元方法建立复杂厂房结构的精细化三维模型，准确捕捉其动力学行为。 第三章：机组与厂房的耦合机理 振动传递路径： 机械接触传递： 机组基础与厂房基础之间的直接接触，以及设备安装面的振动传递。 结构动力传递： 机组振动通过基础、厂房结构传播到整个厂房建筑，以及围岩的传递作用。 流固耦合传递： 水流激励通过水轮机叶片传递到转轮，再通过机架传递到厂房；水流的脉动压力直接作用于尾水管、进水口等厂房结构。 电磁力传递： 发电机转子不平衡、不对称等引起的电磁力，通过定子与机壳，再传递到厂房结构。 耦合效应分析： 共振现象： 机组固有频率与厂房结构（或某部分）固有频率接近时，可能产生的强烈的共振响应，加剧振动。 频率变化： 机组与厂房的耦合会改变各自的有效动力学特性，导致原有的固有频率发生偏移。 阻尼效应： 耦合的振动系统可能呈现出比单独系统更复杂的阻尼特性，影响振动的衰减。 非线性耦合： 在大振幅或特定工况下，机组与厂房之间可能出现非线性耦合，如接触非线性、材料非线性等。 第二部分：耦合振动的分析方法 第四章：数值分析方法 模态分析： 单独模态分析： 分析机组单元和厂房单元各自的固有频率和振型。 整体模态分析： 建立机组-厂房耦合的有限元模型，进行整体动力学分析，获取耦合系统的模态参数。 模态综合技术： 介绍如何将独立的机组和厂房模态分析结果进行有效组合，预测耦合系统的响应。 谐响应分析（稳态分析）： 基于频率域的求解： 分析在不同频率的外部激励下，机组和厂房的稳态振动响应。 传递函数与频率响应函数： 求解机组到厂房，以及厂房到机组的传递函数，用于评估振动传递效率。 阻尼处理： 考虑不同类型的阻尼（瑞利阻尼、模态阻尼等）对谐响应的影响。 瞬态响应分析（动力时程分析）： 基于时间域的求解： 分析在地震、水锤、操作瞬变等瞬态载荷作用下的耦合系统动力响应。 时间积分方法： 介绍中心差分法、Newmark-β法等求解动力学方程的常用算法。 载荷模拟： 如何准确模拟地震波、水锤压力波等瞬态激励。 随机振动分析： 功率谱密度（PSD）方法： 分析随机激励（如水流不均匀性、地震动随机性）下的系统响应，计算均方根值、峰值等统计量。 工程应用： 评估设备在长期随机振动下的疲劳寿命。 非线性分析方法： 静力非线性分析： 考虑接触、材料非线性等因素对结构静力特性的影响。 动力非线性分析： 求解包含非线性项的动力学方程，分析强迫振动、参数激励等引起的非线性振动现象。 接触分析： 模拟机组与厂房之间可能存在的接触与分离，以及由此产生的冲击和振动。 第五章：试验与监测方法 模型试验： 振动台试验： 模拟地震作用，评估厂房结构的抗震性能和耦合振动特性。 水力模型试验： 模拟水流激励，研究水流对机组和厂房的耦合动力作用。 现场监测： 振动监测系统： 传感器（加速度计、位移计、应变计等）的选择与布置。 数据采集与处理： 实时数据采集、信号分析（FFT、小波分析等）。 状态评估： 基于监测数据，识别异常振动，诊断设备故障，评估结构健康状况。 长期监测与趋势分析： 建立数据库，进行长期趋势分析，预测潜在风险。 试验与数值分析的结合： 模型验证与修正： 利用试验结果对数值模型进行验证和参数修正，提高分析的准确性。 反分析： 通过监测数据反推模型的参数，如阻尼比、刚度等。 第三部分：工程应用与实践 第六章：耦合振动分析在设计中的应用 厂房结构选型与布局优化： 动力学响应评估： 在设计阶段，通过数值模拟评估不同厂房布局、结构形式下的耦合振动特性，选择最优方案。 固有频率避让： 避免机组主要激励频率与厂房结构关键模态频率的重叠，减小共振风险。 隔振措施设计： 考虑在机组基础、设备连接等部位设置隔振装置。 机组选型与参数优化： 水力特性与动力学特性匹配： 考虑不同型号水轮机在不同运行工况下的激励特性，选择与厂房结构动力学特性相匹配的机组。 转速与不平衡度控制： 优化机组设计参数，降低转速引起的激振力。 基础设计与地基处理： 基础刚度与阻尼设计： 优化基础的刚度和阻尼，以减少振动传递。 地基动力特性评估： 考虑地基土体的动力学特性对耦合振动的影响，必要时进行地基加固。 设备安装与连接设计： 安装精度控制： 确保设备安装的同轴度、水平度等，减小初始不平衡。 连接件设计： 选择合适的联轴器、隔振垫等连接件，控制振动传递。 第七章：耦合振动分析在运行与维护中的应用 运行工况优化： 振动在线监测与诊断： 实时监测机组和厂房的振动状态，及时发现异常。 运行参数调整： 根据振动监测结果，调整机组的负荷、转速等运行参数，避开不利的工况。 水流条件优化： 通过调整闸门开度、泄洪调度等，改善水流条件，减少水流激励。 设备故障诊断与维修： 振动特征分析： 识别不同频率和幅值的振动信号所对应的故障类型（如转子不平衡、轴承损坏、叶片磨损等）。 故障定位： 利用多点监测数据，判断故障发生的具体部位。 维护策略制定： 根据故障诊断结果，制定有针对性的维修计划，避免小问题演变成大故障。 厂房结构健康监测与评估： 结构响应评估： 监测厂房结构的整体振动响应，评估其在长期运行和极端载荷下的安全裕度。 裂缝与变形监测： 结合振动监测，关注厂房结构的裂缝、沉降等变形情况，综合评估结构健康。 加固与改造决策： 对于存在潜在风险的厂房结构，提供数据支持，指导加固或改造方案的制定。 安全评估与风险管理： 耦合振动风险评估： 综合考虑机组运行状态、厂房结构状况、外部环境因素，评估耦合振动带来的安全风险。 应急预案制定： 针对可能发生的强耦合振动事件，制定相应的应急预案。 第八章：典型案例分析 大型水电站机组厂房耦合振动案例： 详细介绍某实际水电站工程中，机组与厂房耦合振动的产生原因、分析过程、监测结果和采取的应对措施。 特殊工况下的耦合振动案例： 如极端负荷变化、水锤冲击、地震作用下的耦合振动，分析其特点及处理方法。 结构改造或加固后的效果评估案例： 展示通过工程改造或加固措施，有效改善机组与厂房耦合振动特性的实例。 结论与展望 本书系统性地阐述了水电站机组与厂房耦合振动的理论基础、分析方法和工程应用。通过对耦合机理的深入剖析，为理解和预测振动行为提供了理论框架；通过介绍先进的数值分析和试验监测技术，为实际工程问题提供了解决工具；通过工程应用和案例分析，展现了耦合振动分析在水电站设计、运行和维护全生命周期中的重要作用。 未来，随着计算技术的飞速发展和监测手段的不断进步，水电站机组与厂房耦合振动的分析将更加精细化和智能化。例如，基于人工智能和机器学习的故障诊断与预测系统、多场耦合（流-固-热-电）的仿真分析、以及更加实时的健康监测与反馈控制系统，都将成为重要的研究方向。同时，对新型材料在减振降噪方面的应用研究，以及更精细化的非线性耦合分析，也将为提高水电站的安全性和可靠性提供新的思路和手段。 参考文献 [此处列出本书引用的相关文献] 附录 [此处可包含相关的计算公式、图表、标准规范等辅助信息]

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计虽然朴实，但内容却蕴含着深厚的学术功底。我最欣赏的一点是，作者并没有回避水电站振动分析中的难点和疑点，而是直面它们，并尝试提供科学的解决方案。例如，在水-机-结构耦合模型建立的过程中，如何准确描述水体与固体的相互作用，以及如何处理不同尺度、不同物理特性的部件之间的耦合，都是极具挑战性的问题。这本书在这方面进行了深入的研究，并提供了一些创新的思路和方法。我特别对书中关于阻尼特性的讨论很感兴趣，它详细阐述了不同来源的阻尼（如结构阻尼、水体阻尼、阻尼衬垫等）在耦合振动分析中的作用，以及如何更精确地量化这些阻尼参数。这对于预测结构的振动衰减和稳定性至关重要。书中还讨论了一些前沿的研究方向，比如基于机器学习的振动预测方法，这让我看到了该领域未来的发展潜力。总的来说，这本书是一本集理论、方法、实践于一体的优秀著作，对于从事水电工程研究和设计的人员来说，具有重要的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节结构安排得非常合理，从最基础的振动理论，到复杂的耦合模型建立，再到具体的分析方法和工程应用，层层递进，逻辑清晰。我尤其赞赏书中对水流激振机制的细致描述，例如水流的脉动、空化振动以及这些非定常载荷如何对机组和厂房产生影响。书中通过大量的实例分析，说明了这些振动是如何累积和放大，最终可能导致结构疲劳失效或者影响机组的长期稳定运行。对于我们这些在现场工作的工程师来说，这种理论与实践相结合的讲解方式，无疑是极具价值的。书中对各种数值分析软件在耦合振动分析中的应用也进行了介绍，比如如何利用有限元分析软件建立精细的耦合模型，如何进行动力响应计算，以及如何处理边界条件和接触问题。这些实操性的指导，让我能够更自信地将书中的理论知识运用到实际工程中。这本书的出现，填补了我在水电站动力学分析方面的一个重要知识空白，让我能够更全面地理解水电站系统作为一个整体的运行特性，而不是孤立地看待机组和厂房。

评分☆☆☆☆☆

作为一名结构工程师，我一直在寻找一本能够全面、深入地介绍水电站厂房结构动力学特性的书籍。过去阅读的一些书籍，往往侧重于结构的静态分析，或者仅仅停留在对单自由度振动系统的讨论，对于像水电站这样复杂的、由多自由度构件组成的、并且受到外部动态载荷持续作用的工程结构，显得力不从心。这本书的出现，正好弥补了我的这一困惑。《水电站机组与厂房耦合振动特性及分析方法》这本书，它以一种非常系统和严谨的学术态度，深入剖析了机组振动如何影响厂房结构，以及厂房结构的反作用力又如何影响机组的运行。书中对水-机-结构耦合动力学的研究，让我对这一复杂系统有了更深刻的认识。我尤其欣赏书中对厂房结构在不同工况下的动力响应分析，比如在水流冲击、地震激励以及机组启动、停机等动态过程中的表现。书中提供的多种分析方法，如模态分析、瞬态动力分析、谱分析等，并且详细介绍了它们在水电站厂房结构动力学分析中的具体应用，以及如何选择合适的分析模型和计算参数，这对于我进行实际工程设计和安全评估提供了非常有价值的参考。书中对不同结构形式的厂房，如地下厂房、半地下厂房、地面厂房等，在耦合振动特性上的差异性也进行了探讨，这让我能够根据不同的工程条件，选择最合适的厂房设计方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是我在科研道路上的“及时雨”。我一直对水电站的振动问题感到困惑，尤其是在机组运行产生的动态载荷作用下，厂房结构的安全性和稳定性如何得到保障。过去我阅读过不少关于结构动力学和振动控制的书籍，但总觉得它们在针对水电站这种复杂、多物理场耦合的工程对象时，显得有些“隔靴搔痒”。而这本书，恰恰填补了这一空白。它以一种非常系统和全面的方式，梳理了水电站机组和厂房之间的耦合振动特性。书中不仅深入探讨了水-机-电-结构这个多体耦合系统中的各个组成部分是如何相互影响的，还详细介绍了各种分析方法，从传统的解析方法到现代的数值模拟技术。我尤其对书中关于如何建立精确耦合模型的部分印象深刻。作者详细阐述了如何考虑水流的非定常性、空化现象对振动的影响，以及机组转子动力学特性如何传递到厂房结构。书中还提供了一些具体的计算流程和算法，这对于我在实际工作中进行数值模拟和参数研究非常有指导意义。例如，书中对不同边界条件、不同材料参数对耦合振动响应的影响进行了详细的分析，这些都是在工程实践中至关重要的考量因素。而且，作者在描述这些复杂概念时，并没有使用过于晦涩难懂的语言，而是力求通俗易懂，这对于像我这样需要将理论知识转化为实际应用的研究人员来说，显得尤为宝贵。这本书绝对不是一本“速成”的书，它需要读者投入时间和精力去深入理解，但可以肯定的是，这份投入绝对是值得的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名水轮机设计工程师，在实际工作中，我们经常需要考虑机组在不同工况下的动态响应，以及这些响应如何传递到厂房。这本书的出现，极大地拓宽了我的视野。我一直认为，机组的设计不仅仅是保证其自身运行平稳，更重要的是要充分考虑它与所安装环境的相互作用。这本书就完美地诠释了这一点。它系统地阐述了水轮机、发电机等关键机组设备在运行过程中所产生的振动，是如何通过基础、联轴器等传递到混凝土厂房结构，进而引发厂房的振动，甚至可能导致更严重的结构损伤。书中对这些耦合振动机理的剖析非常透彻，从水流冲击、汽蚀、不平衡力到共振现象，都进行了细致的描述。我特别喜欢书中对不同类型水轮机的振动特性进行的比较分析，这让我能够更清晰地认识到不同水轮机在设计和运行中需要关注的重点。而且，书中对于如何利用数值模拟技术来预测和分析这些耦合振动，提供了非常详尽的指导。例如，书中详细介绍了如何进行模态分析、瞬态响应分析以及谱分析，并结合了大量的实例，让我能够更好地理解这些分析方法在实际工程中的应用。这本书不仅提供了理论知识，更重要的是教会了我如何去思考和解决实际工程中的问题。

评分☆☆☆☆☆

我最近一直在关注着水电站的一些技术动态，特别是机组和厂房之间的相互影响。我手上正好有一本关于《水电站机组与厂房耦合振动特性及分析方法》的书，虽然这本书我还没有完全读透，但是仅仅从我阅读的部分内容来看，我就被它深深吸引了。首先，这本书的理论基础打得非常扎实，它没有停留在表面现象的描述，而是深入到振动产生的根源，从动力学的角度去剖析机组和厂房之间的耦合关系。很多时候，我们都会把机组和厂房看作是两个独立的实体，各自进行分析，但这本书清晰地阐述了它们之间的相互作用，比如水流的脉动如何影响机组的转动，进而又反过来影响厂房结构的稳定性。这一点对于我这样一个对结构动力学有一定了解但又对水电领域不太熟悉的读者来说，非常有启发性。作者在阐述这些复杂耦合机制时，采用了大量图示和清晰的逻辑推理，使得抽象的物理概念变得直观易懂。我特别欣赏书中对不同类型水电站机组（例如混流式、轴流式等）在不同工况下（如满负荷、部分负荷、启动、停机）的振动特性进行的详细对比分析。这不仅仅是理论的罗列，更是结合了实际工程案例的经验总结。书中有提到一些经典的分析模型，比如有限元法在耦合振动分析中的应用，以及一些更先进的数值模拟技术，这对于我理解如何定量地评估这些耦合效应提供了非常有价值的参考。总而言之，这本书在理论深度和工程实用性之间找到了一个很好的平衡点，对于想要深入了解水电站振动问题的同行来说，绝对是一本值得细细品读的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我对水电站的运行安全始终保持着高度关注，而振动问题无疑是影响其安全运行的重要因素之一。这本书的内容，恰恰触及了这一核心问题。它系统地阐述了水电站机组与厂房之间的耦合振动特性，并提出了相应的分析方法。我了解到，机组在运行过程中产生的振动，会通过基础传递给厂房结构，而厂房结构的变形和振动又会反过来影响机组的运行状态，形成一个复杂的耦合反馈系统。书中对这一耦合机制的剖析非常深入，从动力学原理到数值模拟，都进行了详细的介绍。我特别对书中关于空化振动及其对结构动力特性的影响的论述感到震撼。空化是一种非常复杂的物理现象，其产生的瞬态冲击载荷可能对机组和厂房结构造成严重的损伤。这本书详细地介绍了空化振动产生的机理，以及如何将其纳入耦合振动分析模型中。此外，书中还探讨了不同工况下机组和厂房的耦合振动特性，以及如何通过优化设计和运行策略来减小振动的影响，这对于提高水电站的运行效率和安全性具有重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容对我而言，如同一扇打开新世界的大门。我之前一直以为，机组的振动只是机组本身的问题，而厂房的稳定则取决于其本身的结构强度。这本书彻底颠覆了我的这一认知。它清晰地阐述了机组与厂房之间并非孤立存在，而是存在着复杂的“耦合”关系，这种耦合一旦处理不当，就会引发一系列振动问题，甚至威胁到整个水电站的安全。书中对这种耦合机制的分析，非常细致入微，从宏观的力学耦合，到微观的流固耦合，都进行了深入的探讨。我尤其喜欢书中对水流扰动如何通过叶轮传递给转子，再通过联轴器传递给发电机，最终影响到厂房结构的这一过程的详细描述。书中还提供了多种分析方法，包括传统的动力学方法和现代的数值模拟技术，让我能够从不同的角度去理解和分析这些耦合振动。对于如何建立准确的耦合模型，以及如何进行有效的动力响应分析，书中都给出了非常详尽的指导。我可以说，这本书不仅是一本技术书籍，更是一本能够启发思维、拓宽视野的学术专著。

评分☆☆☆☆☆

作为一个刚刚进入水电领域的研究生，我一直在寻找一本能够系统地介绍水电站机组与厂房耦合振动特性的教材。这本书的出现，无疑为我提供了极大的帮助。它以一种循序渐进的方式，从最基本的振动理论出发，逐步深入到复杂的耦合动力学分析。书中对各种耦合振动机理的阐述，非常清晰易懂，即使是我这样初学者，也能很快理解。我尤其喜欢书中关于不同类型水轮机和发电机在不同运行工况下的振动特性分析。例如，书中详细介绍了混流式水轮机在部分负荷运行时可能产生的低频振动，以及轴流式水轮机在启动和停机过程中可能出现的瞬态振动。这些内容对于我理解水电站机组的运行特点和潜在的振动风险非常有帮助。此外，书中还详细介绍了多种分析方法，包括有限元法、边界元法以及计算流体力学（CFD）等，并且提供了具体的应用案例。这让我能够更好地掌握如何利用这些先进的分析工具来解决实际工程问题。可以说，这本书是我在水电动力学领域学习道路上的一位良师益友。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于水电工程领域的研究和实践都具有重要的意义。它系统地总结了水电站机组与厂房耦合振动特性的研究成果，并提出了切实可行的分析方法。我一直认为，水电站的安全性不仅仅取决于单个构件的性能，更重要的是系统整体的协调运行。而耦合振动正是体现了这种系统性的一个重要方面。书中对水-机-电-结构这一复杂系统的耦合动力学进行了深入的研究，这让我对水电站的运行机理有了更深刻的认识。我尤其对书中关于如何量化耦合作用的分析方法感到兴趣。例如，书中介绍了如何通过引入耦合阻尼系数、耦合刚度系数等参数来描述机组与厂房之间的相互影响，这对于建立更精确的动力学模型具有重要的意义。此外，书中还对不同工况下机组与厂房的耦合振动特性进行了详细的分析，并提供了相应的减振和控制策略。这些内容对于提高水电站的设计水平和运行稳定性具有重要的参考价值。总而言之，这是一本具有很高学术价值和工程实用性的著作。