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类型覆冰电线静力响应与动力特性分析.pdf

  • 上传人:梦实
  • 文档编号:90186321
  • 上传时间:2019-05-21
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    关 键  词:
    电线 静力 响应 动力 特性 分析
    资源描述:
    低温建筑技术
    2015年第7期(总第205期)
    DOI:10.13905/j.cnki. dw]z.2015.07.033
    覆冰电线静力响应与动力特性分析
    刘晨阳
    (天津港建设开发有限公司,天津300463
    【摘要】电线是一种典型柔性悬索结构。论文构建电线静力分析方法与步骤,并以某孤立挡架空电线为
    例,进行了电线的找形分析,对覆冰工况下的电线静力响应与动力特性进行了研究。研究表明:构建的电线静力
    分析方法与步骤正确可行,研究结果为工程的安全评价提供了理论依据。
    【关键词』电线;非线性有限元;找形;静力响应;动力特性
    【中图分类号】TU392.2
    文献标识码】B
    文章编号】1001-6864(2015)07-08-03
    架空电线是一种典型柔性悬索结构,表现出极强
    的几何非线性。架空电线从放样到最后安装分别经
    3n
    过无应力状态、初始状态和工作状态。其中无应力状
    式中,为档矩中央最大弧垂;2、γ与σ。的含义
    态是指加工放样的电线,电线内不存在应力;初始状同式(1)。
    态是指拉电线仅承受自重和预应力(预拉力)作用下
    电线整档线长为
    的自平衡状态。工作状态是指在初始状态的基础上
    L=L
    (3
    考虑外部荷载作用下,所形成的新的平衡状态。通常
    所谓的找形,就是确定电线的初始状态。然而电线的
    式中,ん为悬挂点高差;Z、y与o。的含义同式
    初始形态和初始预应力为一对相互影响的未知量,即
    预加张拉力的不同而电线呈现不同的形态,不同的张1.2电线静力分析的方法
    拉状态,电线的刚度也不同,这是对电线找形分析"
    由于架空电线在荷载作用下一般处于小应变、大
    工作的主要难点。同时电线找形分析也是电线静力位移状态,所以该类结构的有限元计算需考虑结构的
    与动力分析的研究基础。因此,本文将通过构建电线几何非线性问题。架空电线非线性有限元分析的基
    静力分析方法与步骤,对某孤立挡架空电线模型进行本假设与理论分析的基本假设一致。利用非线性有
    分析研究,以便为工程的安全提供理论依据。
    限元,基于调整材料参数法,进行架空电线静力分析
    输电导线找形理论
    的具体方法与步骤如下
    1.1输电导线的平抛物线方程理论解
    )首先建立架空电线的几何模型,电线的弹
    当导线中部弧垂∫与档距に之比小于10%时,输性模量取很小的值,电线材料初始应变值取任意值
    电电线悬挂在两基杅塔间呈平抛物线形状。在进行
    (2)给定电线档距中部的弧垂值,根据公式
    电线力学分析时,作如下假设?
    (1),计算得到有限元模型上的每个节点的y坐标值,
    (1)电线是没有刚度的柔性素链,只能承受拉并将其作为可动位移值施加到有限元模型上的相应
    力而不能承受弯矩。
    节点上,考虑电线的大变形与应力刚化,将电线有限
    2)电线材料符合胡克定律。
    元模型的节点移动到指定的位置。
    (3)当悬挂点间的高差角较小时,电线的荷载
    (3)将第(2)步计算结果读入软件,更新计算模
    沿档距方向上均匀分布。
    型的几何形状,删除有限元模型上的每个节点约束,
    根据上述假设,电线悬挂在两基杆塔间呈平抛物从新施加架空电线的实际位移约東。将电线材料弹
    线形状。
    性模量修改为实际值,根据电线的控制应力值,由公
    取任意均布荷载作用下,不等高架空电线的平抛
    物线方程如下公式(1):
    式6=,调整初始应变值,使得弹性模量与应变值
    x(一x
    的乘积等于电线初始形态下的张力值。考虑电线的
    y xian
    大变形与应力刚化,再次进行非线性有限元分析,得
    式中,x、y为坐标值;1为跨度;B为高差角;γ为到电线模型各个节点的节点力
    比重;O。为电线最低点O点的应力。
    (4)将计算得到的电线模型各个节点的节点力
    档距中央最大弧垂如下公式(2)
    反向施加到电线模型各个节点,从而实现电线的找形
    刘晨阳:覆冰电线静力响应与动力特性分析
    工作,即得到电线的初始状态。
    形因素和线路自身的特点,初步确定在自重作用下,
    5)在节点上叠加上覆冰荷载,考虑电线的大电线跨中初始弧垂高度M=7.5m,设计覆冰厚
    变形与应力刚化,进行非线性有限元分析,即得到工度30mm
    作状态下电线的静力响应,从而得到电线的工作状态。
    由于 ANSYS不能直接实现找形功能,本文根据解
    表1
    电线特性参数
    析找形法;利用APDL语言编程求解,从而实现电线的
    计算面导线外径导线线密度保证计算学性系数E冰的线密度
    找形与静力响应分析
    面积AMma2Dum』g4g?a-1拉断力/NAN?m-2/g·m-3
    1.3动力特性分析
    38.99
    23.94
    .133
    92220
    7300
    模态分析是电线振动分析的起点。但是电线进
    行模态分析时必须考虑预应力,这是与通常结构分析2.2有限元模型与找形分析
    的显著差异。
    采用大型有限元软件 ANSYS,建立不等高输电电
    模态分析的求解是经典的特征值冋题,可表线模型,其中斜直线段为导线的初始模型,如图1所
    示为
    示。采用两节点Link10单元划分模型,打开几何非线
    [K]a=0LM]て:よ
    4
    性及应力刚度选项,采用全 Newton- Raphson方法,根
    式中,の、「,]、[KJ、[M分别为第阶模态的据电线静力分析方法的前4步,进行非线性有限元分
    圆频率、振型向量、刚度矩阵和质量矩阵。本文采用析,最终得到架空导线的初始位形,如图1所示。电线
    分块Ianc2os法计算并获得电线的动力特性。
    的应力分布图如图2所示,由图2可知,电线的应力值
    2工程应用
    约为19.5MPa。根据公式(2)可知,当跨中弧垂=
    2.1工程概况
    7.5n时,电线的应力值为19.52MPa。找形计算结果
    某孤立挡不等高架空电线,档距=189m,高差与理论计算结果基本一致。找形结果的正确性,验证
    为h=40m,采用钢芯铝纹线,导线型号LCJ-300/了调整材料参数法在电线找形方面的正确性与的可
    40,导线的物理参数见表1。根据当地的气象条件、地行性。
    初始模型
    初始位形
    图1电线初始模型与初始位形
    图2电线的应力图(单位:Pa)
    2.3覆冰工况下电线的静力响应
    式(3),计算得到导线的长度为194.2m。二者的误差
    计算得到电线的单位冰荷载,按照荷载等效原则约为0.05%。
    将电线的单位冰荷载转换成有限元模型的节点力,按
    将覆冰荷载则算成为覆冰容重,并与自重容重叠
    照电线找形分析的第五步,进行覆冰工况下电线的静加,根据公式(2)可知,当跨中弧垂=8.348m时,计
    力响应分析,计算结果如图3所示。
    算得到电线的应力值为87.547MPa。而根据图3(d)
    从图3(a)可以看出,覆冰以后,电线的Y方向的可知,电线跨中的应力值为881703MPa,二者的误差约
    位移最大值增加约为0.848m,从图3(b)可以看出,电为1.3%。
    线的总的位移最大值增加约为0.866m,二者接近,均
    从图3(e)可以看出,不等高架空电线的上部端点
    发生在跨中,这表明覆冰荷载作用下,主要引起电线张力值为31256.7N,下部端点张力值为29561N,电线
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