随着我国水利水电事业的蓬勃发展,水利枢纽工程的规模越来越大,重要性越来越突出,水工建筑物的安全问题越来越备受关注。水工闸门的安全运行和正常工作对整个水利枢纽是至关重要的。闸门在启闭过程中或者局部开启时,都可能发生振动,振动的原因和种类也是多种多样的。一般泄水建筑物的工作闸门都采用弧形闸门,因其启门力小,没有门槽,过流流态好,操作运行方便等优点而受到广泛应用,因而开展对水工弧形闸门的动力特性研究具有很大的实际意义。本文结合嘉陵江新政航电枢纽工程这一实际工程,对其泄洪弧形闸门的动力特性以及其优化进行了试验研究和数值计算。主要的研究内容如下:(1)根据水弹性模型模拟原理和试验要求,制作弧形闸门水弹性模型,并且对闸门的荷载特性,流激振动试验结果进行分析。(2)应用ANSYS有限元软件,建立了该泄洪弧形闸门三维有限元数值模型,并对其进行了动力分析,给出了弧形闸门的自振频率,并且进一步分析了流固耦合效应对自振特性的影响,同时运用试验获得的水动力荷载对其进行流激振动数值计算,并其进行动力安全分析,提出几点建议。(3)对弧形闸门支臂结构的静、动力屈曲进行了分析。通过对影响闸门支臂空间屈曲荷载的因素进行研究,得出了闸门支臂结构最佳布置型式;同时根据闸门所受水动力荷载特点,对支臂进行了动力稳定分析,推导了临界频率计算的方程式,确定了其动力稳定与不稳定区域,结合新政航电枢纽工程的泄洪弧形闸门对其支臂可能产生的动力失稳进行了分析。(4)运用数学中的优化方法,将结构优化设计理论应用于弧形闸门主框架结构优化设计,同时探讨了将遗传算法运用于其优化设计,并考虑了结构静、动力约束进行优化,取得了比较满意的结构尺寸形式。