塔线耦联体系的导线仿真找形及模态

针对现阶段输电塔线体系设计中存在的缺陷和不足,基于有限元原理,建立由三塔两线耦联组成输电塔线体系模型,采用仿真方法,进行导线找形,并对此体系进行模态分析,得出导线的多阶振型及频率.研究结果表明:基于塔线耦联体系模型的导线仿真找形方法所得出导线弧垂、最大应力、线长等关键参数与规范对比是较为精准的,既实现了输电导线的精准设计,又为研究输电塔线在风载、覆冰等复杂载荷下的动力特征提供基础性数据.     

架空输电线的找形及舞动分析

提出一种高效率的多跨度架空输电线覆冰舞动的简化有限元分析方法.基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,建立用弹簧代替塔对输电线作用的弹簧-输电线模型,给出了考虑初始架线构型和覆冰荷载的混合找形法,利用CFX数值风洞技术对覆冰导线各攻角下气动特性进行CFD数值模拟得出升力系数曲线,进行了多跨度架空输电线的简化舞动分析和有效性验证.基于本方法对1 000kV汉江大跨越架空导线的覆冰舞动进行了仿真计算,得出风速和初始凝冰角控制舞动发生的结论.     

多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响

为研究多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响,首先进行了覆冰单导线风洞试验,得到了覆冰单导线的气动力系数,接着建立了单档覆冰导线数学模型,推导了覆冰导线的舞动方程,再结合风洞试验所得的气动系数研究了覆冰导线的舞动特性。应用多尺度法研究导线的舞动特性,接着再应用平均法研究导线的舞动特性,最后对比两种定量分析方法对导线舞动特性的影响。结果表明：多尺度法与平均法所得的位移时程曲线基本吻合,相平面图基本重合;多尺度法计算过程繁杂,平均法计算过程简单。可见对于单自由度覆冰导线的舞动特性研究平均法应首选。     

导线倾角与覆冰过程扭转因素对覆冰形状特性影响研究

输电导线覆冰严重威胁电网运行安全,准确预测导线覆冰形状和增长趋势,可以有效预防次生灾害的发生.已有输电导线覆冰增长预测模型较少考虑覆冰偏心扭转对导线表面覆冰形状的影响.为此,综合考虑覆冰偏心、风速等对导线的耦合扭转特性,建立输电导线动态扭转覆冰预测模型.基于预测模型对导线表面覆冰形状进行预测模拟并与文献实验数据对比,验证了模型的有效性.利用预测模型,进一步讨论导线倾角及温度、风速和MVD（水滴中值直径）对冰形和扭转速度的影响.研究发现,导线迎风面覆冰厚度随着倾斜角度的增加,分层现象逐渐明显.与水平布置（零倾角）导线对比,倾斜角度为60°时,导线覆冰面积分别增加18.26%（覆冰125 min）、26.30%（覆冰245 min）,扭转角度分别增加10.4°（覆冰125 min）、16.2°（覆冰245 min）,冰形呈“沟壑”状.     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

分裂导线覆冰的数值分析与实验研究

建立分裂导线覆冰的计算模型,提出分裂导线覆冰的计算方法,并应用该模型和计算方法计算分裂导线覆冰的质量和形状,分析风向与两导线连线的夹角以及导线间距对覆冰的影响。通过模拟实验对本文提出的模型和计算方法进行实验验证。研究结果表明:对于横向水平风,当2根导线位于同一水平线时,迎风导线背部的遮蔽区导致背风导线的局部碰撞系数、覆冰质量和覆冰厚度均减小,但是随着导线间距增加,减小的程度不断降低,对背风导线覆冰的影响也越来越小。     

空间梁单元模拟覆冰导线静平衡计算的有限元分析

导线的静平衡计算问题是输电线动力分析计算的基础.本文采用直线方程建立导线静平衡计算的有限元模型,在档距两端用两个三维空间梁单元模拟相邻档对其作用,然后施加初始张力和重力后进行数次非线性静力分析,最终可得到导线的初始平衡形状.理论抛物线模型与本文计算结果进行对比验证了本文找形方法的正确性.     

冰风耦合环境下连接金具数值仿真分析

覆冰导线受风载作用产生的动张力可能会导致金具失效断裂,严重影响电网运行安全。为评估冰风载荷对连接金具的耦合影响,数值模拟得到随机风作用下不同覆冰形式导线关键点处动张力和位移,采用有限元软件ANSYS建立连接金具模型,对极端环境下整体连接金具应力场进行数值仿真,找出金具薄弱位置,并对危险部件U形挂环进行动力响应分析,分别探讨覆冰形式、张力变化、受力形式对U形环应力分布影响。结果表明：连接金具在极大冰风载荷下,U形挂环最容易出现失效,最大应力值为509.0 MPa,其次是联板孔洞处与挂板弯折处。对U形环的动力响应分析中,导线均匀覆冰时,覆冰15 mm时U形环有最大应力值为996.4 MPa,导线线性覆冰时,中央重覆冰下U形环发生屈服面积大于两侧重覆冰;在动张力作用下,当U形环间存在转动关系时要比纯张力作用下对U形环损害更加严重。     

两种典型覆冰导线气动力特性及稳定性分析

通过节段模型高频天平测力风洞试验,计算了准椭圆形和扇形两种代表性覆冰导线的气动力系数均值、均方根值.基于准定常假设对试验模型的单自由度驰振可能性进行了分析.所得结果为研究类似截面形状覆冰导线的气动特性提供了参考,为进一步计算覆冰导线响应提供了基础数据.     

输电线路覆冰形状自动识别与参数描述方法

为实现输电线路覆冰形状分类识别和参数化描述的全自动过程,针对现有研究中冰形定义不准确、描述不统一的不足,提出一种基于偏心椭圆方程的常见冰形统一参数描述方法,该方法考虑了覆冰表面不对称性和导线扭转的影响.对于不规则的真实覆冰,建立了冰形自动化识别系统,通过内点法计算最优冰形参数,并采用预先学习的支持向量机模型对识别结果进...     

覆冰导线舞动数值仿真分析

利用ABAQUS有限元分析软件,通过欧拉梁单元的自由度释放和设置材料为不可压缩,模拟得到具有扭转自由度的覆冰导线的索单元,进一步利用用户自定义单元模拟覆冰导线所受的阻力、升力和扭矩空气动力载荷,分析了覆冰导线的舞动现象,并通过覆冰单导线与覆冰双分裂导线舞动模拟算例验证了方法的正确性。模拟研究了覆冰初始攻角、线路档距和导线初始张力等因素对覆冰导线舞动的影响规律。所得结果对覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值。     

基于随机有限元的结构优化设计

主要探讨了用随机有限元法分析结构可靠度及优化设计的方法,优化方法采用直接法中有代表性的复形法,设计中考虑了荷载和抗力的随机性;优化模式中,用强度、稳定等的可靠性约束取代传统的优化模式中的确定性静态约束,进行结构体形优化．最后对工程实例进行分析计算,得出一些有益的结论．     

有限元复合单元的构造方法研究

传统有限单元法中每一种单元都由单一的材料组成,虽然只考虑一种材料的性质给软件编程带来了极大的方便,但是这比利用复合单元进行建模,需要更多的工作量。为此,笔者提出从4节点矩形单元与2节点线单元的虚功原理出发,运用能量方程,来整合两种不同单元。以VC++作为开发工具,利用等参元的特性,根据逆矩阵形函数构造方法编写平面单元的形函数程序,采用高斯数值积分方法,形成普通单元的单元刚度矩阵。然后根据线单元与面单元的节点位移编号,进行单元刚度的整合,进而得到一种包含面单元和线单元的复合单元。同时,通过对平面矩形单元和平面三角形单元与线单元进行复合,用得到的两种复合单元分别对悬臂梁作用端部集中荷载的简单算例进行位移求解,得到的结果与同等条件下ANSYS计算结果进行对比验证。结果表明:两种情况的计算结果都非常接近,复合单元的构造方法正确、可靠,同时也能够减少单元个数。     

覆冰导线绕流的数值模拟

利用采用高阶有限差分的迎风格式,从探讨网格模型与计算结果之间的关系入手,通过数值计算模拟了新月形冰型的覆冰导线模型在不同攻角下的阻力系数、升力系数以及斯特鲁哈尔系数的变化规律,并与高雷诺数试验结果进行了对照分析。在一定程度上,数值结果反映了新月形冰型的覆冰导线模型气动力特性。     

基于时间元模型的复杂桥梁结构移动荷载识别

为研究桥梁结构在移动车辆荷载反复作用下的疲劳损伤机理，利用有限元法建立复杂桥梁结构模型，同时为提高计算精度，承载主梁单元形函数采用5次Hermitian插值函数，并得到桥梁的离散振型与模态参数；利用归一化的第1类Chebyshev正交多项式作为响应和荷载的时间有限元形函数，基于加权残值法建立了移动荷载识别的时间元模型；为解决荷载识别的不适定性，利用截断奇异值分解的正则化方法由应变和位移响应得到移动荷载的稳定解．数值分析结果表明，该方法能有效地识别复杂结构的移动荷载，识别精度高，抗干扰能力强．     

弯桥静动载试验评估

本文结合一座钢箱梁弯桥,在充分考虑弯桥受力特点的情况下建立有限元计算模型．并计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应。同时,基于理论分析结果对该桥进行了现场静动载试验研究及评估     

基于挠度理论的三塔四跨悬索桥静力特性分析

为研究三塔四跨悬索桥活载效应下的静力特性,拓展单跨悬索桥挠度理论公式,建立了多塔连跨悬索桥挠度理论非线性微分方程组,引入“代换梁法”求解方程组。基于MATLAB语言平台考虑了集中力引起的主缆水平力增量对影响线的非线性影响,开发出基于挠度理论的多塔连跨悬索桥内力线形的程序。研究结果表明:挠度理论解与有限元法的计算结果具有较好的一致性,位移相对最大偏差为5.3%,弯矩最大相对偏差为13.9%; 加劲梁最大挠度发生在两个主跨跨中处; 挠度理论的位移和弯矩大于有限元的计算结果,依此控制结构设计是较安全的。挠度理论在三塔四跨悬索桥设计中具有足够的适用性,可以应用在多塔连跨悬索桥的初步或者概念设计方面。     

电磁悬浮技术中导体元受电磁力的计算

为解决电磁悬浮技术中导体受电磁力的估算 ,用解析函数拟合级数代替对无穷级数求和 ,得到圆电流磁场的解析解 .分析了圆电流非近轴区导体元所受的电磁力 ,讨论了在圆电流和螺线磁场中导体受趋肤效应的影响 .为电磁悬浮设计线圈提供一种简明的计算方法 .     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线彤和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲粱的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精...