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。     

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。     

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。     

随机风场中覆冰四分裂导线防舞研究

针对提出的一种适用于四分裂导线的防舞装置,采用数值模拟方法研究其防舞效果。给出新月型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,为数值模拟研究提供基本参数。采用数值方法模拟沿线路变化的多点互相关风速时程样本,进而确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷。数值模拟研究特征段线路安装防舞装置前后的运动过程,结果表明,该防舞装置可大大降低导线的运动幅值,对舞动具有有效的防止作用。     

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。     

覆冰四分裂导线除冰过程模拟研究

针对提出的一种覆冰四分裂导线智能除冰方法,采用ABAQUS有限元软件建立覆冰四分裂导线及其除冰装置的有限元模型,实现除冰过程的数值模拟方法。通过数值模拟研究,验证智能除冰方法的可行性。覆冰破坏采用拉伸破坏强度理论,利用ABAQUS的用户材料子程序VUMAT定义覆冰的本构关系和破坏准则,实现破坏单元的删除。通过除冰装置不同张开位移和安装个数以及不同覆冰厚度下除冰效果的模拟研究,为智能除冰装置的设计提供参考。     

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。     

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。     

电磁力对双分裂导线舞动的影响

基于一种计算导线间电磁力的数值方法,利用ABAQUS软件的用户自定义子程序UEL,编写计算子导线间电磁力的单元,实现考虑电磁力的双分裂导线舞动数值模拟方法。利用算例验证了方法和程序的正确性,进而对不同档距覆冰双分裂导线在不同电流强度下的舞动过程进行数值模拟,分析电磁力对线路舞动特征的影响。结果表明,档距较小时电磁力对线路舞动影响很小;档距较大时,电磁力对舞动的影响明显,甚至可能造成两子导线的碰撞。因而,在研究较大档距线路舞动时,有必要考虑电磁力的影响。     

四分裂导线尾流驰振数值模拟研究

利用风洞试验测量四分裂导线的空气动力系数,得到各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线,表明尾流干扰对处于上风子导线尾流区的子导线的气动特性影响明显。给出利用ABAQUS有限元软件模拟分裂导线尾流驰振过程的方法,进而针对典型四分裂导线线路段,模拟得到包括整档舞动和次档距振动的尾流驰振现象,分析了整档舞动和次档距振动的特征,以及间隔棒不同布置方式和风速对尾流驰振的影响。     

覆冰导线舞动的动态张力研究

导线舞动严重威胁输电线路安全稳定运行,确定舞动引起的动态张力是研究舞动问题的重要内容之一。首先从能量平衡和导线长度变化的角度,推导动态张力的理论公式。然后建立导线舞动张力变化数值模拟模型。以实际高压输电线路为例,将理论结果与数值计算进行比较,判断理论公式是否有效及其适用范围。分析理论和数值结果,得到舞动幅值、阶数、档距、高差角等参数对动态张力的影响规律。对导线舞动分析有参考价值     

覆冰导线舞动的非线性数值仿真研究

导线的覆冰舞动严重威胁特高压输电线路的安全运行。本文利用能考虑扭转自由度的的两节点索单元,并结合分裂导     

覆冰四分裂输电线舞动研究

建立四分裂覆冰输电线的面内垂直和扭转两个方向的连续体耦合非线性动力学偏微分方程,利用Galerkin方法将偏微分方程转换为常微分方程.选初始攻角和面内结构阻尼为参数,应用中心流形理论并借助符号运算软件Mathematica程序,得到系统在分岔点处中心流形上的约化方程,并应用规范形理论对约化方程进行化简,得到系统极坐标下的Hopf分岔方程,研究了参数连续变化对系统稳定性及舞动幅值的影响.对系统进行数值分析得到了系统的运动相图和时程曲线,结果表明系统收敛于稳定的极限环.     

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。     

扇形覆冰导线气动力特性及驰振不稳定性研究

采用刚性节段模型高频天平测力风洞试验测试了不同紊流度下的8种扇形覆冰导线气动力,依据DenHartog驰振机理分析了扇形覆冰导线的横风向驰振不稳定性,讨论了覆冰厚度、覆冰角度、紊流度对平均气动力特性及横风向驰振不稳定性的影响。结果表明：覆冰厚度的增大增强了气动升力,不同覆冰角度模型平均气动力系数随风向角的变化规律差别较大,紊流度的增高有助于减小覆冰导线承受的平均气动力;8种扇形覆冰导线在不同风向角下均有发生横风向驰振的可能,覆冰角度对驰振不稳定风向角位置及范围有较大影响,紊流度的增加提高了可能的驰振临界风速,因此高紊流度对驰振有一定的抑制作用。     

覆冰导线动态气动力特性模拟与分析

为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明：相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。     

冰棱对三维覆冰导线气动力特性影响研究

为了研究冰棱对覆冰导线气动力及驰振稳定性的影响.应用FLUENT中的SSTk-w湍流模型对三维五冰棱覆冰导线绕流场进行数值模拟分析,将三维五冰棱覆冰导线模型沿展向方向分为5个节段,监控全攻角下节段3的阻力系数、升力系数,并分析不同风速、冰棱长度、相邻冰棱间距等对气动力参数产生的影响,根据Den Hartog理论计算得到...     

相邻档距作用下覆冰导线舞动的复杂运动响应

考虑相邻档距振动时所产生动张力对覆冰导线舞动的影响,综合几何非线性和气动载荷之非线性因素,基于Hamilton原理建立了附带边界条件的面内与轴向耦合的两自由度非线性动力学模型。忽略轴向运动的影响对系统进行简化并借助Galerkin法得到轴向激励下系统的常微分运动方程。通过计算相邻档距运动时产生的动张力确定轴向激励大小的基本范围,进而利用数值模拟考察了轴向激励频率和幅值对系统稳定性的影响。研究发现当轴向激励频率接近该跨导线的固有频率时,系统表现出倍周期、概周期和混沌等丰富的运动模式和动力学现象;并借助与单跨覆冰导线的数值模拟对比,表明相邻档距运动不仅导致该跨舞动幅值明显增大、临界风速下降、增大阻尼失效,且严重影响舞动的稳定性,为工程应用提供一定的理论支撑。