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。

多分裂导线风压阻力系数分析

通过风洞试验测试获得在不同风速和风攻角下四分裂导线的风压阻力系数,同时采用数值模拟方法计算得到与试验模型对应的导线阻力系数,试验和数值结果较吻合。进而利用数值方法对八分裂和六分裂导线的绕流问题进行模拟,得到不同风速和风攻角下分裂导线的阻力系数。与我国现行标准和IEC标准中导线风荷载计算方法进行比较,表明在计算多分裂导线的风压时,其阻力系数按国内现行标准取值可能偏大而过于保守,有必要进一步通过理论和风洞试验研究后进行调整。

输电线面外模态及频率研究

建立悬垂绝缘子串绕悬挂点转动的动量矩方程及悬索面外运动的微分方程,结合子结构法及位移连续条件首次提出了连续档导线面外模态及频率的理论计算方法。采用ABAQUS软件建立输电线有限元模型,通过具体算例验证了理论公式的正确性,同时还说明该理论方法适用于任意档数的输电线路。对输电线模态研究表明:输电线路中不同档导线之间相互影响,面外模态不具有对称性或反对称性,与单档导线面外模态区别明显;连续档导线面外模态对应的量纲为一的频率?/π随张力变化为曲线,而单档导线为常数;以三档导线为例,当张力满足一定条件时面内模态与面外模态可以产生1∶1共振。

连续档覆冰导线舞动模态分析

对单档舞动引起的连续档输电线大幅振动进行了参数分析。利用ABAQUS软件建立考虑绝缘子串的连续档覆冰输电线的精细有限元模型,通过用户自定义单元子程序UEL定义空气动力载荷单元,实现单档舞动引起整个连续档大幅振动的数值模拟。数值模拟结果表明档距、张力等结构参数对连续档输电线位移及应力振幅有较大的影响,低阶模态对位移振动幅值影响较大,而高阶模态对应力振动幅影响明显。通过参数分析可找到线路结构参数对位移及应力振动幅值的影响规律,应用于线路设计降低舞动的破坏。所得结果对连续档覆冰导线防舞技术的研究具有一定参考价值。

连续档导线面内及面外等效刚度研究

针对边界条件对架空输电线路舞动的重要影响,建立了简化相邻档导线及绝缘子串为等效弹簧的计算方法。首先根据悬垂索的抛物线理论推导单档导线和两档导线的面内等效刚度计算公式,然后将其推广到任意档导线的面内等效刚度计算;依据小弧垂及水平张力不变假设推导了两档和三档导线面外等效刚度的计算方法。将具体算例与有限元计算结果进行比较,最小误差仅为0.4%,表明等效刚度的计算方法具有较高的精度。同时,算例分析表明:单档导线、两档导线、三档导线的面内等效刚度差异均较大,最大误差可达35%;两档导线和三档导线的面外等效刚度差别较小,最大误差仅为0.68%。等效刚度计算方法为覆冰导线舞动研究所需边界条件计算提供了方便有效的工具。

小参数法在悬垂索共振中的应用

当面外横向振动和面内横向振动频率的比接近1:2时,悬索会出现面内和面外耦合共振现象。为了研究悬索这种复杂独特的非线性特性,利用多尺度法对谐波激励的悬索动力学方程进行求解,得到对应于不同阶小量的偏微分方程组,其中二阶小量偏微分方程中的久期项不为0;采用提出的小参数法可以得到由久期项引起的悬索振动形态,解决久期项频率与系统频率相同但不能直接求解的问题;为了证明小参数法的准确性,采用Galerkin方法离散悬垂索的运动方程,然后利用多尺度法求解离散的运动方程,得到采用基函数描述的由久期项引起的连续系统的振动形态,与小参数法结论一致。

连续档覆冰导线舞动数值模拟及参数分析

本文对仅有一档满足舞动条件的连续档输电线路的振动进行了详细地研究.利用ABAQUS通用软件建立考虑绝缘子串连续档覆冰输电线的精细有限元模型,通过用户自定义单元UEL施加空气动力载荷,获得考虑几何非线性的连续档覆冰导线大幅振动的时域解.根据数值结果研究了连续档输电导线档距及档数变化对连续档内不同档输电线舞动的影响规律,所得结果对连续档覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值.

扇形覆冰特高压八分裂导线舞动特性分析

考虑到重冰区的特高压输电线路更容易形成接近扇形的覆冰,结合风洞实验及数值模拟方法研究了扇形覆冰八分裂导线的舞动特征。通过扇形覆冰八分裂输电线的节段模型风洞实验,获得各覆冰子导线随风攻角变化的气动参数。在ABAQUS软件中建立单档扇形覆冰八分裂输电线路的有限元模型,通过程序UEL输入各覆冰子导线的气动参数,根据数值模拟结果可获得舞动轨迹及振幅等舞动特征,最后讨论了风速、档距和初始风攻角对八分裂导线舞动特征的影响。

多跨悬索面内动态特性分析

以单跨悬索自由振动理论为基础,研究了多跨索面内动态特性.首先获得悬挂端位移激励下单跨索水平张力增量的表达形式,应用动刚度计算单跨索的频率.之后根据位移连续条件及力矩平衡方程,首次提出了基于动刚度法的两跨及三跨索面内固有频率及相应模态计算方法.数值算例表明采用新方法获得的多跨索频率及模态与有限元结果一致,但采用新方法计算多跨索的频率更快捷、方便,根据计算对称模态频率的超越方程还可得到连续档导线不同模态产生共振的条件.本研究建立的新方法方便推广到任意多跨索频率及模态的计算,获得的频率和模态可应用于覆冰输电线气动稳定性及动力响应的理论分析.

含等档的输电线面内自由振动理论

连续档导线运动方程包含平方和立方非线性项,倍频时会产生多模态耦合的复杂响应,因此研究连续档导线模态及共振的频率分布规律尤为重要.基于模态综合法获得了具有相等档距的连续档导线模态函数,基于动刚度理论得到了不同模态对应的频率理论公式,并应用有限元方法验证了模态及频率理论公式的准确性.研究了不同模态对应频率随几何参数的变化趋势,结果表明有相等档距的连续档导线的共振条件和单档导线有明显区别,连续档导线面内对称模态之间容易产生1:1共振,面内对称与反对称模态之间易产生1:2共振.本文研究内容可用来分析连续档导线内共振及其分岔行为.