输电导线不均匀脱冰的全过程模拟分析

对三跨输电导线体系建立了有限元模型并进行了导线找形,讨论了脱冰前后导线的动力特性,模拟分析了导线脱冰前的稳态响应、脱冰后的瞬态响应及稳态响应,对输电导线不均匀脱冰进行全过程模拟分析。研究发现:所提出的基于静力平衡的找形方法对于输电导线是一种高效的找形方法,覆冰前后导线自振频率变化很小。导线覆冰30mm后的导线张力和绝缘子串的张力分别是初始张力的3.9倍和4倍。不均匀脱冰对导线的最大张力影响不大,但会使绝缘子串张力显著增加,并产生导线不平衡张力,其瞬态幅值达2倍多的导线初始张力,对输电塔的安全性构成威胁。     

重冰区输电塔-线体系脱冰振动的数值模拟

重冰区架空线路的脱冰振动可能造成金具损坏、导线断股、杆塔折损等机械事故,也可能造成闪络、烧断导线等电气事故。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了输电线路塔-线体系的脱冰振动精细化数值分析模型。以向家坝―上海800kV特高压直流输电线路为例进行了脱冰振动分析,分析了脱冰工况下导(地)线跳跃高度、最大水平张力、绝缘子内力和摆动位移、支座反力等变化规律。结果表明:导线脱冰振动将引起较大的竖向振动,导线最大水平张力增大了近20%,输电塔支座反力增大了约30%。基于上述模型,进行了12种工况下的参数分析,探讨了脱冰程度、绝缘子摆动刚度、阻尼比、不等跨、跨数、风荷载等参数对脱冰振动的影响规律。     

探讨220kV输电导线覆冰的防治方法实践

伴随着目前社会经济的逐步发展,人们生活质量及生活水平逐步提高,对电力的需求量越来越多,要求越来越严格。最近几年,我国各个地区的温度普遍不稳定,在2008年,我国南方出现了罕见的雪灾,大多数220kV的输电导线都出现了覆冰情况,从而影响了供电的稳定性与安全性。所以,相关工作人员应对该问题进行深入研究,探究相应防治措施。本文简要探讨了220kV输电导线出现覆冰情况的原因,并分析了相应危害,探讨预防方法,目的在于保证民众的用电安全。     

导线覆冰脱落的数值模拟和参数分析

导线覆冰脱落产生的纵向不平衡张力会严重威胁到输电线路的安全。在塔线体系模型基础上利用冰单元的生死模拟导线覆脱冰,通过与以往的模型试验比较验证该模拟方法的适用性,进行建模参数的敏感性分析以确定合适的计算模型,最后进行导线脱冰的参数分析。计算结果表明,脱冰前输电塔的基底剪力和基底弯矩为零,脱冰后两者大幅增加,且越靠近脱冰档数据越大。当档距越大、覆冰越多、脱冰位置越靠中间和脱冰比例越大时,脱冰响应越显著;当导线的初始张力越大时,脱冰响应越小。     

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。     

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。     

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。     

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。     

覆冰脱落对输电塔线体系的动力冲击作用研究

当架空输电线路发生输电线覆冰脱落时,将会对导线、地线、绝缘子、杆塔构件以及整个输电塔产生动力冲击作用。采用有限元数值模拟方法,建立四塔五线的塔线体系模型,模拟覆冰和脱冰现象,获得输电塔线体系的脱冰响应。计算结果表明:覆冰脱落使得邻近的导线产生低频舞动,绝缘子发生大幅摆动,输电塔部分杆件出现较大的峰值应力。同时使输电塔基底剪力、基底弯矩等大幅增加,并且越靠近脱冰档的杆塔,受到的冲击作用越大。     

覆冰导线机械式冲击除冰模拟研究

采用ABAQUS有限元软件建立覆冰导线有限元模型,利用用户材料子程序VUMAT定义覆冰本构模型和删除破坏单元,实现冲击载荷作用下导线除冰过程的模拟。覆冰采用多孔弹性模型,并考虑温度和孔隙率对其力学性能的影响;引入拉伸破坏准则判断覆冰的破坏。对不同档数、档距、覆冰孔隙率、覆冰厚度、除冰时的温度、冲击载荷大小等情况下除冰过程的模拟分析表明,较小范围温度的变化对除冰率的影响很小,而其它因素对除冰效果的影响明显,在设计机械式冲击除冰装置时应予以考虑。     

多跨输电线路脱冰动力响应研究

提出了输电线路脱冰动力响应有限元分析方法,采用3自由度等参抛物线索单元模拟导线及覆冰,空间杆单元模拟绝缘子串,建立了多跨覆冰输电线路有限元模型.使用生死单元技术杀死覆冰单元来模拟脱冰瞬间,使动力分析时间范围包含由覆冰至脱冰的荷载突变过程,采用考虑几何非线性的隐式时间积分算法,利用自适应时间步技术克服收敛困难,对线路脱冰...     

大跨越输电钢管塔结构多尺度有限元分析

多尺度计算可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点,在许多学科领域和工程问题中都得到了应用。该文引入有限元多尺度计算理论,在有限元分析软件中引入约束方程实现了局部模型和宏观模型的连接,并在研究输电铁塔力学性能中得到了应用。同时将输电铁塔多尺度模型分析结果分别与TTA模型、刚架模型、桁架模型和试验结果进行对比分析。研究结果表明,采取该文提出的多尺度建模方法,能够有效分析输电铁塔的整体力学行为和局部节点受力特性,可以在土木工程结构中推广使用。     

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。     

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。     

二维有限元线法自适应分析的若干新进展

有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法,将其比拟为广义一维问题,遂可将一维有限元中十分成功的单元能量投影(EEP)超收敛算法以及基于该法的自适应求解方法推广到二维有限元线法分析中,至今已在二维Poisson方程和弹性力学平面问题中取得了令人满意的进展.该文旨在报道这些进展和成果.该文简要介绍了线法的EE...     

有限元线法的曲线单元

有限元线法是一种新近提出且正在开发中的一种新型结构分析方法。本文建立了有限元线法的曲线单元,并以弹性力学平面问题为例给出了相应的数值算例以表明曲线单元良好的适用性及有效性。     

有限元线法求解非线性模型问题——Ⅳ.弹塑性扭转

本文是有限元线法(FEMOL)求解非线性模型问题的系列工作的结束篇,对弹塑性扭转这一材料非线性模型问题进行了分析求解。文中以理想塑性材料的棱柱体的扭转为例,采用FEMOL单元对弹性区进行离散,并利用平凡ODE技巧将未知的结线端点(弹塑性交界点)的位置坐标纳入FEMOL导出的ODE体系中去,从而将问题转化为标准的非线性ODE问题。文中给出的数值算例表明,本法具有简便易行、迭代次数少、解答信息丰富且精度高等优点。     

重载径向轴承三维弹性流体润滑的有限元和边界元耦合数值分析

本文采用有限元和边界元技术分析了重载径向轴承的三维弹性流体润滑(EHL)问题,并提出了一种精度高、收敛快的加权迭代计算模式,用该计算模式成功地求解了由二阶Reynolds方程、粘压方程和三维弹性方程组成的非线性方程组,得到了在各种大偏心率下轴承材料分别为钢、铜和巴氏合金的径向轴承的弹流静特性参数。