结冰分裂导线舞动振幅分析

针对结冰分裂导线舞动问题,从功能的角度提出了一种舞动振幅的分析方法。导出了舞动振幅经历一个周期增量的表达式。所导出的舞动振幅增量的表达式说明了作用在结冰分裂导线上的气动力的各项在舞动振幅不同阶段的作用。得到的结论是:当舞动的振幅较小时,气动力中常数项与线性项的功是气动力总功中的主要部分;当舞动的振幅为中等时,气动力中常数项与线性项的功与非线性项的功在气动力总功中的比例相近;当舞动的振幅为较大时,气动力中非线性项的功在气动力总功中的比例大于常数项与线性项的功在气动力总功中的比例。     

分裂导线扭转舞动分析的动力学建模

高压输电线路导线覆冰舞动分析的主要困难,是由导线的大幅运动与随导线几何位形而变化的非线性气动力之间的相互耦合产生的。对伴有大幅扭转运动的分裂导线的舞动,由于安装了间隔棒和防舞器,必须考虑导线结构产生的约束非线性和重力非线性。本文应用虚功原理建立了整个分裂导线结构总值形的基本虚功方程,分析推导了间隔棒和防舞器的非线性动态特性与非线性约束特性,在此基础上,最后得到了分裂导线结构舞动分析的动力学模型。所得结果为进一步分析计算分裂导线的舞动打下一个基础。     

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。     

覆冰四分裂导线舞动近似解析解分析

建立了带有刚性间隔棒的覆冰四分裂导线垂直、水平和扭转三自由度的耦合模型,并对由强非线性系统转化为弱非线性系统的方法进行了研究,运用平均法分析了非内共振、3∶1内共振和1∶1内共振时系统的振动情况,得到了风速、横向阻尼比、来流密度、线路档距等相关参数对导线舞动的影响及在不同参数影响情况下导线舞动的响应曲线,其近似解析解与数值解基本吻合。     

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。     

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。     

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。     

多分裂导线扭矩-扭转角关系及防翻转研究

提出一种新的多分裂导线扭矩-扭转角关系半解析模型,适用于大档距大扭转角以及翻转计算。该模型考虑间隔棒的竖向及水平向位移、子导线在扭转过程中的张力变化等多重因素,同时考虑分裂导线各截面的扭转角沿跨长呈非线性分布的特征。计算结果与有限元方法、试验结果进行了对比验证,表明导线的几何非线性对导线回复扭矩的影响十分显著,该文提出的半解析模型在小角度和大角度扭转情况下均具有较高的计算精度,并为判定导线是否翻转提供依据。详细分析了布置不同间隔棒数量工况下的扭矩-扭转角关系,从而考察了增加间隔棒数量对抑制翻转的有效性,发现只需少量增加间隔棒就能保证即使扭转角达到180°时扭转刚度依然为正,即可自行恢复,有效预防翻转;对于扭矩非常大的情形,若要保证扭转360°时扭转刚度依然为正,即导线出现扭绞现象后仍具备自行回复原位的能力,则需要布置较多的间隔棒。     

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。     

四分裂导线上风荷载变化规律研究

该文采用数值方法,对四分裂导线上风荷载进行了计算,分析了导线相对位置、风速、风向角和直径等因素对导向上的升力系数和拖曳阻力系数的影响。结果表明,当导线上下运动时,导线上的升力和阻力系数呈对称分布,距离越远,阻力系数越大,升力系数越小;导线水平距离变化时,水平距离增大,升力系数减小;当导线发生转动,转角为30°时,升力系数和阻力系数存在一个最小值;随着直径和风速的增大,导线的升力和阻力系数均增大。最后将计算结果与实验结果对比,验证了该文计算结果的可靠性。该研究结果可以为工程应用提供理论参考。     

高阶扭转模态耦合下覆冰导线的稳定性和影响因素分析

利用Galerkin法建立面内前四阶和扭转前四阶模态耦合的覆冰导线动力学模型。借助分岔理论分析各阶模态的失稳临界条件,研究导线系统在不同风速、扭转阻尼比、档距及初始拉力下各阶模态的失稳规律,并利用数值模拟对理论分析结果进行验证。研究结果表明：考虑了扭转前四阶模态的导线模型,其面内前四阶模态特征值实部随风速变化的响应曲线先后经历2次Hopf分岔,呈限幅振动;扭转阻尼比的增大扩大了面内模态的失稳风速区域;随着档距增大,面内模态的2个Hopf分岔点和扭转模态的一个Hopf分岔点分别左移,表明大档距时,扭转模态逐渐代替面内模态的舞动;初始拉力对面内模态的失稳区域影响显著,而对扭转模态的影响很小。以上结论可为工程中导线的优化设计提供理论依据。     

考虑摆动效应的覆冰导线两自由度驰振稳定性分析

该文推导了考虑覆冰导线摆动的水平竖向耦合两自由度驰振模型,结合覆冰导线模型高频天平测力试验结果,采用劳斯判据分析了基于导线自振特性的广义两自由度准椭圆形覆冰导线的驰振稳定性。分析结果表明：在进行准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析时,气动力系数需采用七阶以上多项式描述;导线摆动对稳定性分析影响较大,不考虑导线摆动影响分析得到的不稳定风向角范围偏小,临界风速偏大;提高结构阻尼可以有效的提高驰振临界风速。最后得到了准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析的一般结论。