特高压架空输电线微风振动有限元分析

对于1000kV特高压架空输电线路,有别于传统的能量平衡法（EBM）,研究了利用有限元方法（FEM）分析微风振动的关键技术。其中利用索单元模拟输电线;基于能量等效原理,将输电线磁滞阻尼等效成为粘滞阻尼,将风输入功率等效成为微风激励力作用于有限元节点。并根据振幅和曲率的关系推导了输电线动弯应变幅值沿输电线的分布规律。通过对比计算,有限元法分析结果与传统的能量平衡法结果基本吻合,而且由于有限元法考虑了输电线质量、刚度的影响,其结果更为真实可信。最后利用有限元法分析了微风振动的影响因素,为接下来微风振动的防护分析打下基础。     

双分裂导线尾流诱发振荡数值模拟研究

利用Fluent流体动力学软件模拟双分裂导线绕流场,计算两根子导线的空气动力系数,得到背风侧子导线的升力系数和阻力系数随其与迎风侧子导线相对位置的变化规律。进而利用ABAQUS软件模拟典型双分裂线路段的尾流诱发振荡过程,获得两根子导线的运动轨迹、振动幅值和频率特征。结果表明,两子导线的位移相位相反,运动轨迹近似为水平椭圆,与现场观测一致。模拟分析了间隔棒等间距和非等间距排布方式下双分裂导线尾流诱发振荡的特征。     

抗弯刚度对输电线微风振动影响分析

大跨越输电线路在较低的风速下可能产生高频、低振幅的横风向微风振动。应用空间曲梁插值函数与应变位移关系,建立结点6 自由度的输电线分析模型。采用Scanlan 提出的经验非线性模型表达涡激力,将单自由度体系输电线自阻尼功率等效为模态自阻尼系数,引入条带假设形成了基于更新的Lagrange格式的涡激振动运动方程,对方程进行了振型分解求解。算例分析表明,采用未考虑抗弯刚度的曲梁索单元模拟输电线的微风振动与三节点索单元吻合较好,但忽略抗弯刚度会低估高频的微风振动振幅。     

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。     

高压输电线风雨激振特性研究及数值分析

高压输电线风雨激振严重威胁着输电线路的寿命和安全运行,其激振机理及防治措施成为电力系统急待研究的难题之一。在降雨、风载和电场作用下,在输电导线表面形成极化水线, 水线的运动诱发气动力变化导致输电线线路振动。本文建立了水线运动与输电导线振动耦合的风雨激振理论模型。采用龙格-库塔法对输电导线和水线运动方程进行数值求解,得到了输电导线和水线的响应,讨论了风速、导线结构阻尼和电场力等参数对输电导线振幅的影响     

振动主动控制系统的统计能量分析

基于能量观点对振动主动控制系统进行了统计能量分析。首次推导出振动主动控制系统的统计能量关系式和耦合振子间耦合损耗因子的表达式,并通过实例研究了控制反馈系数对系统耦合损耗因子的影响,分析了阻尼对系统输入功率、子系统间传递功率流以及各子系统振动能量的影响。     

双分裂导线间隔棒防舞数值模拟研究

采用ABAQUS软件建立三角形及垂直排布三相双分裂线路有限元模型,对安装的间隔棒舞动防治效果进行模拟研究。模拟安装间隔棒前后线路在稳定风场及随机风场中的舞动响应;通过对比分析稳定风与随机风作用下导线位移响应及运动轨迹说明研究间隔棒防舞效果时考虑随机风场的必要性。基于随机风场中安装的间隔棒前后导线动力响应幅值,分析间隔棒对三角形、垂直排布双分裂线路舞动防治效果。     

分裂导线微风振动数值仿真

基于流体动力学软件,采用二维圆柱绕流的计算方法,对分裂导线的微风振动进行了仿真分析。首先对于固定双圆柱绕流进行了仿真,与经典文献对比验证了本文模型以及计算方法的正确性,然后基于自编程序实现了分裂导线振动的流固耦合分析,研究了不同支撑,不同分裂导线间距以及不同分裂倾角下双分裂导线的振动特性,得到了各工况下的子导线竖向振幅随缩减风速的变化曲线,对分裂导线微风振动特性的研究具有重要意义。     

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明：波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。     

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。     

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。     

基于结点6自由度的分裂导线有限元模型

大跨越输电线路分裂导线较单导线更容易发生舞动现象,基于空间曲梁理论,建立了结点6自由度的导线有限元模型。假定间隔棒为刚性体,根据位移协调条件,建立了4分裂导线的有限元模型。通过虚功原理建立静力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法进行静力非线性求解。算例表明:采用曲梁模型研究输电线的平动位移是准确的。由于考虑了平动与扭转的耦合作用,扭转角的计算更加精确。输电线抗弯刚度对扭转角也有较大影响。分裂导线的参数分析表明,弧垂、分裂间距、边界条件等对抗扭刚度均有较大的影响,间隔棒的数量不能显著提高导线的抗扭刚度。     

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。     

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。     

阻尼器对悬索桥双吊索减振效果的理论研究

多座悬索桥吊索发生大幅振动,需提出有效措施对其进行控制。采用理论分析方法,研究阻尼器对悬索桥吊索的减振效果。首先,考虑双索股吊索的面内振动,忽略吊索的弯曲刚度影响,推导了双索股之间安装阻尼器时的运动微分方程;然后,采用有限差分法,对吊索-阻尼器结构体系的运动微分方程进行数值求解,得到了该结构体系的振动频率、振型和阻尼比;以西堠门大桥的典型吊索为工程背景,研究了索股之间安装单个和多个阻尼器的动力特性变化规律。研究结果表明:在索股间安装阻尼器,不能提高索股同向振动模态的阻尼比,减振效果不佳;在吊索之间等间距安装多个阻尼器,且确保阻尼器阻尼系数较大时,可使两根索股成为整体,缩短单根索股的有效长度,提高单根索股的刚度,对抑制风致振动有利。不建议采取该方法进行吊索振动控制。从西堠门大桥的振动控制经验来看,在索股之间安装刚性分隔架能起到更好的控制效果。     

多跨覆冰导线脱冰振动模型风洞试验研究

覆冰导线脱冰可能造成金具、导线和杆塔等构件受力破坏,也可能会引起导线闪络、烧断等电力事故。设计了1∶50的三跨覆冰导线的缩尺模型,采用熔断集中荷载的方法模拟导线脱冰,共七种工况研究三跨导线中脱冰量、脱冰跨位置、覆冰厚度和风速等参数不同时,导线的冰跳高度、导线张力和绝缘子轴力变化规律。结果表明:边跨脱冰将引起比中间跨脱冰更大的竖向振动,跳跃高度增大了近7%,导线张力也有明显增大;在风荷载作用时,导线脱冰振动会受气动阻尼影响,跳跃高度和振动周期都有所减小,导线张力和悬垂绝缘子的轴力随着风荷载增大而增大。     

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...     

输电线路防舞阻尼器系统参数分析及设计研究EI北大核心CSCD

针对目前覆冰导线舞动频发现状,提出了一种通过在导线靠近输电塔位置处设置阻尼器来减振耗能从而实现输电线路舞动抑制的方法。基于Hamilton原理运用多阶伽辽金函数推导得到了导线-阻尼器系统的广义运动方程,并以某750 kV单档八分裂输电线路为例进行运动方程特征值分析,得到了导线-阻尼器系统的动力特性,探索了导线的垂度参数、阻尼器安装位置、阻尼系数及刚度系数等对系统等效阻尼比的影响,阻尼器安装位置越靠近跨中,系统的最大阻尼比提升效果越明显,两侧对称安装阻尼器可以有效地减小最优阻尼系数。采用数值算例和有限元数值仿真技术比较了粘滞阻尼器与负刚度阻尼器(NSD)对导线系统的减振效果,并针对NSD提出了参数的优化设计方法。研究表明:相比传统阻尼器,NSD可以在较低阻尼系数下有效地提高系统各阶的最大阻尼比,且能够明显降低导线系统的自振频率;系统所能达到的一阶最大阻尼比对NSD安装位置的变化不敏感;通过有限元仿真证实了,基于NSD的输电导线阻尼器设置方案相较于传统阻尼器方案具有更好的防舞性能。     

Application of the hybrid finite element, finite difference technique to the solution of multistrand conductor problems

An algorithm for the application of a hybrid finite element, finite difference technique for the solution of linear conductor problems has been developed. This paper describes the implementation of the technique to single layer helically spiralling conductor strand geometries. Such conductor configurations occur in hollow conductors with magnetically neutral spacers. However, the technique can also be used as an approximation to the solution of expanded conductor or ACSR conductor problems if it is assumed that the core wires remain substantially magnetically neutral. The influences of conductor pitch and strand diameter or equivalent circuit parameters are illustrated by considering a number of different configurations. Theoretical samples which are physically similar to actual ACSR specimens are analyzed in order to infer the inductive role of the core strand.