覆冰四分裂导线空气动力系数数值模拟

利用Fluent流体动力学分析软件计算典型覆冰四分裂导线在特定风速下的绕流问题,所得各覆冰子导线空气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得规律一致。基于数值模拟和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog系数与Nigol系数随风攻角的变化结果吻合。利用由数值模拟和风洞试验获所得气动参数,采用Abaqus有限元软件模拟典型线路段的舞动,通过舞动特性分析比较发现,利用该两组气动系数模拟得到的导线舞动特性一致,表明采用数值模拟方法确定覆冰导线的空气动力系数可用于模拟覆冰导线舞动。     

考虑导线偏心覆冰对四分裂导线舞动的影响

采用风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线的升力、阻力和扭矩系数随风攻角的变化规律。基于ABAQUS有限元软件提出一种考虑偏心覆冰作用的导线数值模拟方法,并利用算例验证了该方法的正确性。在此基础上,利用ABAQUS用户自定义子程序UEL编写气动载荷单元,实现考虑偏心覆冰作用的导线舞动数值模拟方法。采用该方法与传统数值模拟方法对典型新月形覆冰四分裂导线的舞动特征进行对比分析。结果表明,该方法能准确反映覆冰导线运动过程的扭转特性。考虑偏心覆冰作用后,覆冰四分裂导线的位移和扭转角幅值明显增大,振动形态更为复杂。因此,在研究覆冰导线舞动时,有必要考虑偏心覆冰作用的影响。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟及参数分析

由于导线尾流相互干扰作用,覆冰分裂导线各子导线的空气动力特性存在差异。通过风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线各子导线的空气动力系数随攻角变化曲线,为覆冰导线舞动数值模拟提供参数。利用ABAQU S有限元软件,通过梁单元自由度释放得到模拟覆冰导线的索单元,用用户自定义单元实现空气动力载荷的施加。对典型线路段舞动的数值模拟结果表明,考虑由于覆冰导线尾流效应引起的各子导线空气动力特性的不同后,导线舞动幅值明显增大。对覆冰四分裂导线的舞动进行参数研究,获得风速、覆冰厚度和线路档距等参数对导线舞动的影响规律,为覆冰四分裂导线舞动防止技术的研究奠定理论基础。     

基于结点6自由度的输电线舞动有限元分析

传统的输电线3自由度舞动分析模型无法考虑扭转与平动的耦合作用及扭转运动的非线性。基于空间曲梁理论的应变—位移关系,建立了具有3个平动自由度和3个转角自由度结点的覆冰输电线舞动分析有限元模型。考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立基于更新Lagrange格式的覆冰导线非线性运动方程。采用 Newmark时间积分和 Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程。算例分析表明, 利用结点6自由度覆冰导线单元计算输电线的静动力及舞动分析是准确的。对输电线的舞动分析表明,输电线的抗弯截面模量对输电线的平动和扭转有较大的影响。     

新月形覆冰八分裂导线舞动特征研究

通过风洞试验测量得到典型新月形覆冰八分裂导线各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线。由于尾流干扰的作用,各覆冰子导线的气动特性存在明显差异。基于得到的覆冰导线的气动参数,利用ABAQUS有限元软件,模拟典型覆冰八分裂线路的舞动过程,分析得到不同档距线路在不同风速、初始风攻角以及导线初始张力等条件下的运动轨迹、振动频率、模式和幅值等舞动特征。所得结果对覆冰八分裂导线舞动特征的认识以及舞动防治技术的开发具有重要的价值。     

输电塔线体系中覆冰导线舞动数值模拟研究

利用ABAQUS有限元分析软件,建立输电线塔线耦合体系非线性有限元模型,对覆冰四分裂导线舞动进行数值模拟,获得塔线体系中各相导线舞动轨迹、振动幅值、频率特性等。经分析比较发现,杆塔变形对导线舞动轨迹与幅值影响明显,而对舞动响应频率特性影响较小。导线舞动过程中导线与杆塔应力响应表明,其最大应力均小于材料强度极限,因此导线舞动造成的导线断裂及杆塔破坏应以疲劳破坏为主。     

覆冰导线气动特性及驰振风洞试验

利用风洞试验测量新月形和扇形覆冰导线在不同风速下的气动力特性,得到其阻力系数、升力系数和扭矩系数随风攻角的变化规律,结果表明在测试的风速范围内气动系数受风速的影响很小。在风洞中实现了覆冰导线节段模型的驰振模拟,得到不同风速下导线节段模型的驰振响应。进而用舞动数值模拟方法模拟驰振试验,得到与风洞试验一致的结果,验证了舞动数值模拟方法的正确性。试验结果为覆冰导线舞动研究提供了重要的参考数据。     

覆冰输电线路舞动气动阻尼识别

利用覆冰导线刚性节段模型外加弹簧及配重模拟覆冰输电线路竖向及扭转运动动力特性,制作了D形覆冰单导线、新月形覆冰单导线和分裂导线竖向-扭转二自由度气弹模型,通过调整模型竖向/扭转自振频率比及风速、风攻角,于风洞中激发了D形覆冰单导线气弹模型的纯竖向和竖扭耦合失稳舞动,以及新月形覆冰分裂导线气弹模型的竖扭耦合舞动,并记录了其响应时程,通过Hilbert变换进行了竖向舞动和扭转气动阻尼的识别,研究了风速、风攻角、竖扭频率比、覆冰断面、导线数量及布置形式对气动阻尼的影响。对D形覆冰导线纯竖向舞动时根据响应识别所得气动阻尼比与根据Den-Hartog机理计算所得理论气动阻尼比进行了比较。试验结果表明：舞动时气动阻尼比为负值,在试验风速范围内其绝对值随风速增长而增大;D形覆冰导线纯竖向舞动时识别所得气动阻尼比绝对值略小于理论气动阻尼比;导线分裂数量对气动阻尼具有影响;扭转响应对竖向舞动气动阻尼的影响则较为复杂。     

考虑尾流效应的新月形覆冰四分裂输电线舞动稳定性

针对新月形覆冰四分裂输电线各子导线气动参数不同的问题提出一种考虑尾流影响的临界风速计算方法。基于拟静态理论得到覆冰四分裂输电线的气动载荷,建立等效的3自由度覆冰四分裂输电线力学舞动模型。在初始风攻角处将气动系数泰勒展开。新月型覆冰四分裂导线的空气动力系数由风洞模拟试验测得。根据理论公式,使用MATLAB进行编程计算临界风速,将由理论确定的临界风速与根据Den Hartog和Nigol理论确定的临界风速进行对比分析。分析垂直、水平以及扭转振动频率和覆冰厚度对临界风速的影响。研究成果对于覆冰四分裂输电线路稳定性判断具有重要的理论指导意义。     

一种新型防舞器及其机理研究

提出一种新型减振防舞器,利用单自由度模型研究其防舞机理。针对典型线路段,采用计算力学方法建立覆冰分裂导线和防舞器的有限元模型,结合新月形覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,对覆冰四分裂导线舞动与防舞器抑舞过程进行数值模拟,进而对该新型减振防舞器进行参数优化分析。数值模拟结果表明,该防舞器对垂直舞动的防止...     

真型试验线路六分裂导线舞动模拟

采用ABAQUS有限元软件建立真型试验线路塔线耦合体系有限元模型,对安装人工D形覆冰模型的六分裂导线的舞动进行数值模拟,得到导线舞动过程中的位移响应、舞动轨迹、舞动形态和频率以及导线的张力变化等。数值模拟与现场实测结果较吻合,验证了数值模型和舞动模拟方法的正确性。所建立的数值模型可进一步用于舞动特征及防舞装置的评估及优化研究,为试验方案的确定提供依据。     

随机风场中覆冰四分裂导线舞动数值模拟

摘 要: 采用数值方法研究覆冰四分裂输电导线在随机风场中的舞动问题。考虑风速随高度的变化和空间相关性,数值模拟得到随机风场,并利用典型覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角的变化,确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷,模拟研究不同档距覆冰四分裂导线的舞动。结果表明,随机风场中小档距导线的舞动模式与稳定风情况一致,而大档距时则不同,可能出现更高阶的舞动模式。因此,在研究大档距覆冰导线舞动时,考虑风场随机性是必要的。     

覆冰脱落对输电塔线体系的动力冲击作用研究

当架空输电线路发生输电线覆冰脱落时,将会对导线、地线、绝缘子、杆塔构件以及整个输电塔产生动力冲击作用。采用有限元数值模拟方法,建立四塔五线的塔线体系模型,模拟覆冰和脱冰现象,获得输电塔线体系的脱冰响应。计算结果表明:覆冰脱落使得邻近的导线产生低频舞动,绝缘子发生大幅摆动,输电塔部分杆件出现较大的峰值应力。同时使输电塔基底剪力、基底弯矩等大幅增加,并且越靠近脱冰档的杆塔,受到的冲击作用越大。     

分裂导线舞动非线性有限元分析方法

采用具有三个平动自由度和一个扭转自由度的三节点等参单元离散覆冰导线,用欧拉梁单元离散间隔棒,考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线非线性有限元方程。用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程。编制了相应的计算程序,通过算例验证了方法和程序的正确性。进一步利用由风洞实验获得的覆冰四分裂导线的空气动力系数,模拟研究具有不同档距的覆冰四分裂线路的舞动,为舞动防止技术的研究提供参考。所给出的方法适用于任意多分裂导线的舞动研究。     

连续档覆冰八分裂导线舞动特征数值模拟研究

利用非线性有限元方法建立多档覆冰八分裂导线的数值模型,模拟研究线路在不同参数下的舞动。基于导线动力特性和舞动特征,分析连续档线路在不同风速、档距、档数下的舞动模式、频率特性、振动幅值和轨迹,并与孤立档线路的舞动特性进行比较。结果表明,连续档线路各档的舞动特征有明显差异,且连续档线路与孤立档线路之间也存在较大差别,故在研究导线舞动防治技术时应把这些差异考虑在内。     

三维瞬态风场下覆冰导线舞动响应研究

为研究三维瞬态风场下输电线路舞动响应特性,以覆冰四分裂导线为例,根据三维随机流场生成方法和脉动风速功率谱,逐点模拟覆冰分裂导线周边的脉动风速场,并运用考虑子导线扭转效应的分裂导线舞动非线性有限元法对新月形和D形覆冰输电线路在均匀流场、一维脉动风速场和三维瞬态风场下进行舞动分析,比较了三类流场下导线舞动响应的异同之处,在此基础上讨论风场湍流成分对舞动的影响机制。研究结果表明:三维瞬态风场的脉动特性使得导线在一个振动周期内吸收的能量不再保持恒定,造成舞动响应始终伴随有一定程度的随机振动,舞动幅值无法最终达到稳定状态;同时,风场瞬态效应能提高覆冰导线舞动最大振幅,特别是D形覆冰下能使其提高一倍以上。三维瞬态风场的脉动特性在输电线路设计过程中应引起足够的关注。     

覆冰导线舞动数值解及影响因素分析

针对覆冰导线大幅度舞动问题,考虑其几何非线性,采用抛物线形函数三节点等参单元建立了导线有限元模型,将绝缘子及相邻跨导线的刚度贡献等效为弹簧单元,同时考虑了来流风载中的脉动成份,运用谐波叠加法对其进行模拟。采用Newmark-β时间积分方法及时间步内Newton-Raphson迭代来求解舞动非线性动力方程,得到了较为精确的覆冰导线舞动时域解,分析了风速、张拉力、湍流以及不同边界条件假定对舞动的影响。     

基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析

覆冰输电线的舞动是一种非线性振动。应用增量谐波平衡法推导了覆冰输电线的有限元分析模型及运动平衡方程,并对舞动方程进行了求解。该方程具有非线性平方及立方刚度项、平方及立方粘滞阻尼项。把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过程,迭代求出舞动频率及振幅,求得方程解的表达式。结合实例分析了输电线舞动的极限环现象和谐波项数的取值问题,与时程积分方法分析结果比较表明吻合较好。对风速增量进行了参数分析推导,算例表明不同风速下覆冰输电线舞动频率与振幅是不同的,在某个临界风速处会发生舞动分岔。     

覆冰输电线结构及载荷对舞动的影响

为深入研究导线结构形式对输电线路系统动力学特性影响,以及导线结构形式及气动扭转载荷对覆冰输电线路舞动规律及幅值的影响,采用ANSYS参数化设计语言编写了计算导线舞动的非线性有限元分析程序,计算得出了系统气动载荷作用下的时间历程曲线。发现：在相同的气象条件下,分裂导线的振幅明显大于单根导线,且分裂数越高,导线越容易在短时间内形成稳态的舞动,应尽量采用单根导线或减少导线分裂数;扭转气动力载荷对面内外舞动的规律及幅值影响不大,对扭转角的幅值有较大影响,因此可忽略扭转气动载荷对断线和倒塔的作用。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟研究

用Hamilton变分原理建立动力学平衡方程,利用罚函数法引入各子导线上间隔棒连接点之间的运动约束条件,获得覆冰四分裂导线动力方程。方程采用Newmark法进行时间积分,Newton-Raphson迭代法求解。通过数值算例验证方法的正确性。利用由风洞试验获得的覆冰四分裂导线空气动力系数,通过数值模拟获得初始攻角、风速和档距等对覆冰四分裂导线舞动的影响规律。结果表明,考虑作用于各子导线上空气动力载荷的不同对舞动幅值有明显影响;初始攻角的大小是诱发舞动的关键因素;舞动幅值随风速和档距的增大而增大。