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。     

覆冰输电线非线性瞬时固有频率研究

为深入揭示覆冰输电线舞动所引起的非线性瞬时固有频率的变化规律,建立了四分裂覆冰输电线面内振动的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。用平均法分析了平衡点张力及舞动幅值对非线性瞬时固有频率的影响。发现舞动引起平衡点张力的变化改变了输电线的弹性系数,导致系统线性固有频率的改变;舞动幅值对高阶非线性瞬时固有频率有很大的影响;两者的作用导致固有频率的飘移,且飘移量与风速和档距相关。在防舞器动力学设计中应考虑舞动工况对固有频率的影响。     

覆冰输电导线舞动及防舞效果分析

根据拉格朗日运动方程推导了两端固定的安装了压重或失谐摆这两种防舞器的覆冰输电导线舞动的非线性微分方程组;提出了临界风速的计算方法;采用龙格—库塔方法在时域中直接求解舞动非线性微分方程组得到舞动振幅的时间历程。以某试验导线作为算例,研究结果表明:当输电导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动可以激发横风向舞动;当风速位于某一范围之内时导线舞动的振幅比较大;导线舞动振幅随导线垂度显著变化,并存在一个最不利垂度或最不利张力使导线舞动振幅达到最大;压重防舞可以减小但不能消除导线的舞动,而失谐摆防舞器可以完全消除导线的舞动。     

输电塔-线体系舞动仿真及控制研究

舞动是输电线高频低幅的自激振动,本文基于ANSYS建立了输电塔-导地线-绝缘串的塔线耦合体系非线性有限元模型,提出了采用重启动技术进行覆冰导线的水平、竖向、扭转三方向舞动分析,并通过经典算例验证了此新方法的可行性;进行了不同风速工况下输电塔-线耦合体系的舞动仿真,得到了体系舞动振幅和输电塔动力响应。同时针对典型工况,进行了相间间隔棒及多点压重防舞措施的舞动控制分析,并对不同布置方案的舞动控制效果进行了比较,确定了有效舞动控制方案。     

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。     

考虑弹性边界条件曲梁模型的覆冰输电线舞动

基于传统索单元理论的覆冰输电线舞动模型不能考虑平动和扭转的耦合作用以及扭转非线性。考虑绝缘子串和相邻跨度的刚度的影响,基于曲梁理论,根据Hamilton原理和Galerkin方法推导了考虑边界条件的三自由度舞动模型。采用Mathematica编制了曲梁理论模型和索理论模型程序分别对覆冰输电线舞动方程进行求解。算例分析表明,考虑边界条件的三自由度舞动曲梁理论模型与实测结果吻合较好,与索理论模型相比更优越。随着边界弹簧刚度的增大,竖向位移和侧向位移幅值随之增大,扭转位移幅值相应减小;发生舞动的下临界风速和上临界风速都在增大,舞动范围变小。弹性边界对副法向和扭转向模态影响较小,对轴向、竖向模态影响显著。     

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。     

输电线覆冰舞动的简化分析方法

覆冰导线舞动对大跨越输电线路造成严重危害,目前对输电线舞动的研究多采用复杂的数值模拟方法.该文利用数值风洞技术对覆冰导线的气动特性进行了数值模拟,采用有限元程序ANSYS建立弹簧-输电线模型进行静力分析,在LSDYNA中采用非线性粘性阻尼器单元来模拟覆冰导线的气动特性,进行显式有限元计算,提出了输电线舞动研究的简化分析...     

覆冰输电导线舞动的仿真分析

基于考虑输电导线垂向和扭转振动耦合的两自由度模型,利用多尺度法和数值分析方法,分别就系统参数和环境参数对临界风速和舞动振幅的影响进行了理论和仿真分析,并讨论了扭转振动分岔导致的可能复杂运动。利用零解的稳定性条件,得到了覆冰厚度、初始覆冰角度、来流密度、导线的初始张力和单位长度质量以及横向阻尼比对临界风速的影响曲线。基于解析和数值仿真的结果,分别给出了风速、覆冰厚度、来流密度、导线的初始张力和单位长度质量以及横向阻尼比对舞动振幅的影响曲线。对扭转振动分岔的研究表明,风速变化时,(零解失稳导致的)周期运动的分岔可导致倍周期运动和概周期运动等复杂运动形式。     

基于余量谐波平衡法的质点振动系统高阶近似与频率响应分析

基于谐波平衡方法,构建了用于研究旋转抛物线上的质点运动系统的余量谐波平衡解程序。获得了系统高阶解析近似振动频率及稳态响应。研究了系统稳态下的振动频率随系统非线性项系数、初始振幅、线性刚度系数的变化趋势,给出了初始振幅、非线性项系数对系统振动频率响应的影响。研究结果表明,给出的2-阶余量谐波平衡近似比已有的方法结果更加精确,其相对误差大大降低,系统稳态下的振动频率随非线性项系数、初始振幅的增大而减少,随线性刚度系数的增大而增大。     

发动机机体辐射噪声优化方法研究

针对某发动机机体辐射噪声突出的问题,本文在采用多体动力学、有限元法和边界元法的基础上,提出利用Minitab软件中的DOE多目标分析手段对发动机辐射噪声进行优化的方法,以该发动机机体为研究对象,对影响机体辐射噪声的7个因素进行研究,使用较少的组合次数得到机体中对辐射噪声声功率、质量等参数的主要影响因素及各因素之间的交互关系,并根据相关影响情况,选取辐射噪声声功率和质量两个主要参数重新调整各因素的参数值对机体进行优化。结果表明：通过Minitab软件优化后该机体的辐射噪声声功率减小了1.54dB(A),和计算模拟值较吻合,提高了优化效率,且达到目标值要求。为发动机机体辐射噪声的优化提供了崭新的思路。     

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。     

考虑弹性边界曲梁模型的覆冰输电线舞动分析

采用解析法求解覆冰输电线考虑弹性边界的曲梁舞动模型有助于深入理解舞动发生机理。根据扭转向频率特性将三自由度舞动模型简化成更加适用于解析法求解的两自由度舞动模型,然后利用多尺度法分别推导出了1∶1和2∶1内共振情况下的简化幅值方程。接着考察了自由度缩减方法差异引起的轴向模态函数变化和弹性边界对舞动分岔和稳定、舞动幅值和临界风速的影响。结果显示,轴向模态函数的变化对1∶1内共振情况下分岔和稳定、舞动幅值和临界风速的影响较小,对2∶1内共振情况下相应值影响较大。当考虑截面偏心时,1∶1内共振条件下,弹性边界使发生不稳定舞动的风速范围减小。覆冰导线在弹性边界条件下的位移幅值相应减小,下临界风速增大,上临界风速相应减小,舞动风速范围减小。     

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。     

三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风的作用下,可能诱发驰振。大幅的驰振将威胁到拉索结构的安全,因此,有必要对覆冰拉索的驰振稳定性进行深入的研究。应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维覆冰斜拉索的绕流场进行数值模拟,得到全攻角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。结果表明：经过三维模拟计算的覆冰拉索的部分驰振力系数小于零,并且驰振临界风速较小,斜拉索易发生覆冰驰振;与风洞试验和二维模拟数据比较,三维覆冰斜拉索模拟获得的气动力系数比二维更接近试验值。     

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。     

覆冰斜拉索驰振稳定性的理论研究

覆冰斜拉索可能会发生驰振振动并影响到斜拉桥的安全。在进行风洞试验对6种覆冰拉索模型测力的基础上,推导了覆冰拉索1阶模态驰振的运动微分方程,并采用龙格-库塔法进行求解,得到了拉索的驰振响应规律。以海南洋浦大桥为工程背景,研究了中跨最长拉索M18的驰振临界风速,研究了覆冰长度、拉索阻尼比等对驰振临界风速的影响。结果表明,在新月形、扇形和D形覆冰条件下,中跨最长拉索M18的驰振临界风速在10-15m/s范围内,远小于基本风速,存在发生驰振可能性;随着阻尼比的增加、覆冰长度的变短以及拉索长度的变短,驰振临界风速增加。