输电塔线体系力学模型研究进展

输电塔线体系是重要的电力能源基础设施,长期于野外恶劣环境下服役,其高柔特性使得它在强烈外荷载作用下的响应较为显著.国内外发生了很多输电线路在强风强震、覆冰、腐蚀等作用下的破坏事故,造成了严重的损失.因此,国内外积极开展了输电线路的监测评估与防灾减灾的研究和工程应用工作.输电塔线体系力学模型的建立是开展输电线路监测评估和...     

输电塔塔线体系风振响应分析

基于风洞试验得到的输电塔线性一阶广义荷载谱,推导了一般性的输电塔顺风向、横风向脉动风荷载功率谱公式。利用此功率谱,模拟了塔线体系顺风向、横风向脉动风荷载。对输电塔线体系及单塔的动力特性进行了分析,分析表明,在远低于单塔同阶振型的自振频率时,塔线体系中的输电塔平面外振型就会与导地线振动耦合。对单塔及输电塔-线体系进行非线性动力时程分析,得到了位移、加速度和内力等响应的时程,对比了有、无横风向脉动风荷载的风振响应,并分析了风振响应的功率谱。     

大跨越输电塔线体系的地震响应研究

大跨越输电塔线体系塔身极高,塔线耦合作用显著,抗震分析时需采用精细的三维有限元方法。针对某大跨越输电塔线体系,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行考虑三向输入的地震响应研究。自重作用下塔线体系各杆件的轴应力比单塔体系大。地震作用下两种体系各杆件轴应力的差别不大,但对于支座的基底剪力,塔线体系的结果比单塔体系小。同时两种计算结果之间的可比性很好,说明方法应用和计算过程的准确性。     

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。     

基于磁流变阻尼器的大跨越输电塔线体系风致振动控制

研究了输电塔线体系基于磁流变(MR)阻尼器的风致振动控制问题.采用多自由度模型建立了输电导线的动力分析模型.针对输电塔线体系的平面内振动和平面外振动分别建立了塔线耦联体系的受控运动方程.并提出一种固定增量半主动控制策略.数值分析表明,MR阻尼器可有效地抑制输电塔结构的风振反应.通过合理地选取MR阻尼器及可控MR流体的参数,可以获得最佳的减振效果.     

山地风场中特高压输电塔线体系动力可靠度研究

山地风场因受山体的干扰作用具有与平地风场截然不同的特征,对山地地形中结构高、跨度大和电压等级高的特高压输电塔线体系进行风振响应研究时,无法采用现有适用于平地风场的计算方法。为此,在风洞试验的基础上,首先对三类山地地形的不同工况,即单个山体的8种坡度,单个山体的3种高度以及两个山体的3种遮挡间距,对风场的影响分别进行了研究。通过对各工况下山体迎风面、山顶和背风面的平均风速加速比及湍流度的变化情况进行分析,提出了相应的修正公式,有效地考虑山地地形对风场的影响,得到了各工况下山地风场的平均特性和脉动特性。然后,基于试验数据及风场模型采用有限元计算理论对特高压输电塔线体系在各工况的风场条件下进行动力时程分析,并根据随机结构动力可靠度计算方法分别计算出各工况下特高压输电塔体的动力可靠度。最后,通过对比分析发现了不同山地地形条件下各工况中迎风面、山顶及背风面的不同位置输电塔体动力可靠度的变化规律。     

大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究

为在时域内分析大跨越输电塔-线体系风振响应,根据结构体型特征和脉动风场的功率谱特性,考虑输电塔-线分布、平均风剖面变化、功率谱能量与相干性等影响因素,提出了简化作用于输电塔线体系的多变量三维脉动风场(n-V-3D)为多变量一维脉动风场(n-V-1D)分析方法。结合输电塔线体系有限元法风振响应分析的特点,应用谐波叠加法和谱分解的适当修正,建立了脉动风速时程数值模拟方法。实例模拟表明,数据符合统计检验,模拟功率谱与目标谱吻合,从而验证了模拟方法的有效性和模拟脉动风速时程适用性。     

输电塔线体系断线非线性动力分析

以某500 k V高压输电线路为研究对象,建立三塔四线输电塔-线体系精细化有限元模型,在考虑跌落导(地)线与地面碰撞接触基础上,对其进行了不同断线位置以及不同断线根数的隐式非线性动力分析。结果表明:断线点位置对断线瞬间的冲击作用影响较小;断线后断线一侧张力衰减系数随着导线挂点位置增高而单调递减;未断线一侧张力衰减系数随着挂点位置增高先减小后增大;耐张塔张拉作用系数远大于直线塔;耐张塔的断线动力放大系数在1.1~1.5。在断多根线的最不利工况下研究了耐张塔的扭转破坏和弯曲破坏两种失效模式。     

输电塔动力特性计算与模态试验研究

输电塔是国家电网的重要组成部分,具有结构高、跨度大、柔性强等特点,对风荷载反应灵敏。建立能反映输电塔动态特性的模型对风致振动控制至关重要。为研究输电塔理论模型的准确程度,分别建立3种输电塔实验模型,包括多质点模型、梁单元有限元模型和梁-杆混合单元有限元模型,并对其进行模态分析;同时采用锤击法,以单点激励多点响应(SIMO)的测试方法对输电塔实验模型进行模态测试。将各方案与测试结果进行比较分析,结果表明:梁-杆混合模型的求解精度高于另外两种计算模型的精度,能较好模拟输电塔的动力特性,是最优的输电塔模拟方案。     

典型输电塔气弹模型设计及动力特性研究

输电塔结构受到风荷载激励,极易引起其气动弹性失稳,造成大幅振动,严重威胁着输电线路安全稳定运行。为研究高压输电塔结构风振动力特性,以某典型输电塔为原型,按照结构动力学相似准则,采用一种新型设计方法制作输电塔气弹模型,并利用有限元分析软件以及相关测试系统对其进行动力学分析,验证气弹模型的准确性。最后,进行不同风速和风向角下的气弹模型风洞试验。试验结果表明:输电塔模型的响应随风速增大而增大;输电塔横风向响应显著;通过对试验结果的对比分析,揭示了典型输电塔结构动力特性和风振响应特点,为高压输电线路抗风设计及改造提供依据。     

塔线系统脱冰跳跃动力响应分析

采用有限元软件ANSYS建立铁塔-导线-地线-绝缘子的三维塔线系统有限元模型,考虑塔线耦合效应、脱冰相位置及数量、冰厚、档距和高差等影响因素,完成了不同工况下的塔线系统脱冰跳跃动力分析,确定了导线跳跃高度、挂点荷载及其动力放大系数和铁塔杆件内力的变化规律。对于2008年冰灾500 kV实际线路段的脱冰跳跃动力分析表明,在设计冰厚工况下,脱冰量较大时,导线脱冰跳跃会导致塔头杆件应力超限而发生破坏。对于上相脱冰情况,在脱冰档安装三角形相间间隔棒后,脱冰档跳跃高度和挂点不平衡张力明显降低,设计冰厚下铁塔处于安全状态。为防治塔线系统脱冰跳跃事故,应在事故多发段采用相间间隔棒,并根据脱冰跳跃挂点荷载计算值对铁塔塔头薄弱杆件进行适当加强。     

Reliability-based design of automotive transmission systems

A reliability-based approach is presented for the design of three-speed automotive transmission systems. The design of an automotive transmission system involves the design of the gear train, shafts (input, connecting, and output), bearings, keys, and splines. The gear train is idealized as a weakest-link kinematic chain, and the design is conducted with respect to failure due to bending and surface wear. The shafts are designed with respect to fatigue failure due to bending and torsion. The design of bearings (cylindrical roller bearings), keys, and splines are based on the maximum allowable stress in the components. The failure of the system is assumed to correspond to zero output power from the transmission system based on a series-parallel model. The reliability-based design is conducted for a specified value of the reliability of the system. The structural and kinematic designs of the transmission system (i.e. the gear train) are assumed to be known. The design parameters such as power transmitted, gear face widths, dimensions of roller bearing, length of splines, length of keys, and material properties are considered as random variables. The reliability-based design results are compared with those obtained by a deterministic design procedure. The effects of variation of design parameters, such as the reliability of the system and coefficient of variation of the input speed are also studied. In addition, a comparison of the designs obtained with different distributions of the random variables is also made and conclusions drawn.     

大跨越输电塔线体系地震反应分析

以广东省汕头市的500KV榕江大跨越输电塔为背景,建立了塔线体系的空间有限元模型,采用振型分解反应谱法和时程分析法对其三向输入时的多遇地震反应进行了计算。对塔线体系动力特性进行了分析总结,对两种计算方法的结果进行了比较,并对大跨越输电塔中的控制杆件在地震作用下的内力和设计控制内力进行了对比研究。结果发现,单塔的频率大于塔线体系中塔的频率,但两者较为接近;塔线体系的地震响应小于单塔,导地线对输电塔抗震是有利的;地震效应在该塔设计中不起控制作用,但下横担拉杆和塔身二次变坡以下的K型支撑在地震作用下的设计轴力为设计控制轴力的90%,是结构抗震设计中的相对薄弱部位。对于大跨越高塔来说,抗震设计时考虑地震工况对横担主材拉杆、横担处塔身上横隔面主材和部分塔身斜材的影响是很有必要的。     

强风下高压输电塔线系统非线性随机动力响应

根据有限元分析得到单塔的非线性刚度软化特征,结合平均风下导线的动力特性,依据Lagrange方程建立了简化的输电塔线耦联系统的MDOF模型,将其应用于统计线性化方法,计算了系统在强风荷载下的非线性随机动力响应频域近似解。与数值模拟计算结果的比较显示,该方法的计算结果不仅具备一定的精度,还可以对系统动力失稳的临界风荷载作出判断。     

高压输电塔-线体系振动台模型非等比例问题研究

高压输电塔-线体系模型进行振动台试验时,由于模型跨度大以及实验室尺寸等条件限制,输电塔-线体系中塔与线的比例因子很难保持相同,此时需要将导（地）线的比例进行修正。从数值分析的角度出发,以辽宁盖州500kV输电线路的一段输电塔-线体系为例,输电塔的比例保持不变,导（地）线的修正系数分别取为1.0、0.5和0.4的情况下进行纵向和侧向下的一致和多点地震响应时程分析。研究结果表明,导（地）线的比例进行修正后,输电塔-线体系的地震响应与原模型保持一致,因此这种修正模型的振动台试验的精度满足工程要求。     

输电塔线体系在摇摆地震动作用下的动力稳定性分析

为探究摇摆分量对输电塔线体系动力稳定性能的影响,以一实际输电塔为原型进行了动力时程分析,其中摇摆地震动采用改进的谱比法由地震平动中获取;根据增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法结合B-R准则,分别对塔线体系在水平地震作用、水平-摇摆耦合地震作用和水平-竖向-摇摆耦合地震作用下的动力稳定性能进行分析。研究结果表明：摇摆分量及其引起的附加P-Δ效应会使输电塔线体系产生非对称振动,结构发生偏离平衡位置的单向偏移,从而导致塔线体系较仅考虑水平地震作用,更易动力失稳;重力和竖向地震响应下共同的二阶效应,放大了摇摆分量对结构动力稳定性能的影响,加剧输电塔线体系动力失稳破坏;发生动力失稳破坏时,薄弱区域主要集中于塔身中下部,杆件失效使塔身局部变形过大,导致塔线体系发生整体动力失稳。     

A brief review of photo-orthotropic elasticity theories

The development of the theory of birefringence of annotropic composites has proceeded mainly along the following directions, strew strain models, analogy, integrated photoelasticity and tensonal nature of birefringence. All these studies have concluded that three independent photoelastic constants are needed to characterize orthotropic model materials. In the literature, there has not been uniformity of notation used in the representations of the results. In this paper, using uniform notation, existing photo-orthotropic clasticity theories are reviewed under three major headings stress-optic laws strain-optic laws and approximate strain-optic laws. The interrelation ships between stress-optic and strain-optic coefficients are brought out Interpretation of isoclinics is discussed. The steps necessary to calibrate a birefringent orthotropic composite are summarized and finally the influence of residual birefringence is also discussed.