连续体覆冰导线模型的舞动实验研究

建立了适合连续体覆冰导线舞动实验的专用风洞,以连续体单跨覆冰单导线模型为实验对象,采用激光传感器测量了导线不同位置处的位移响应,得到了导线在不同风速下的舞动振型,利用力传感器得到了导线舞动时的动张力。结果表明:覆冰导线在来流风场作用下进行舞动,在随风速增大的过程中先后经历了两个大幅舞动阶段,一阶模态和二阶模态在两个阶段中分别被激发;动张力幅值与舞动幅值基本成正比,动张力频率包含导线模型舞动频率的一倍频和二倍频。在大风速时,导线模型的舞动为多阶模态的耦合振动,在舞动过程中无固定的波峰和结点。     

考虑温度效应的覆冰导线动力学建模及舞动特征研究

针对以往研究忽略了温度效应对覆冰导线舞动特性的影响,本文推导了考虑温度效应影响的覆冰导线舞动控制方程。基于悬链法、热应力理论推导了覆冰导线的偏微分舞动方程,接着通过Galerkin法将该偏微分方程转化为常微分方程。建立气动载荷模型,将气动力引入到舞动方程中,随后采用多尺度求得了覆冰导线的位移响应,最后进行了参数分析、算例分析。结果表明:温度对覆冰导线面内、面外的频率影响显著,且对覆冰导线舞动的幅值也有一定的影响。可见针对覆冰导线舞动特征的影响研究,有必要考虑温度效应的影响,本文的研究成果有利于理论建模的完善,也能给予实际工程一定的参考。     

匀减速风场下覆冰导线舞动的数值模拟研究

借助Galerkin法对覆冰导线连续体模型进行面内和扭转前二阶模态的截断,得到了导线系统的常微分方程;并采用傅里叶谐波构建了梯形风场,以模拟覆冰导线在风停(风速骤降)过程中的舞动行为。数值模拟了导线在不同骤降风场工况下的动态响应,并与相同舞动条件下匀速风场的舞动结果进行了对比分析。研究表明:风停(风速骤降)时,覆冰导线的舞动加剧,舞动幅值远大于匀速风场中的舞动幅值,且该风速变化对扭转一阶模态影响更明显,对面内二阶模态无明显影响。风停前风速越大、风停耗时越短、风速减小幅度越大时,覆冰导线的舞动行为越剧烈。     

考虑邻档影响的覆冰输电线舞动数值模拟及参数分析

针对仅有中间档满足舞动条件的连续档输电线路的振动幅值进行了详细研究。利用ABAQUS通用软件建立了考虑绝缘子串的连续档覆冰输电线有限元模型;通过用户自定义单元UEL对其施加空气动力载荷,获得了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只有中间档满足舞动条件时档距、档数变化对耐张段内各档导线振动幅值的影响。结果表明:舞动档导线和相邻档导线档距相差越大,舞动档导线的振动幅值越小;耐张段内档数和舞动档导线振动幅值成正比,但耐张档档数超过5之后,档数变化对舞动档导线振动幅值影响较小;若中间档覆冰导线只有部分区域满足舞动条件也可使整个连续档导线发生大幅振动。研究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。     

周期荷载激励下覆冰输电线的主共振及谐波共振分析

为了研究动态风对覆冰输电线非线性舞动特征的影响,在原有稳定风作用下覆冰输电线舞动控制方程中添加周期激励载荷,并建立了新的受迫-自激振动控制方程,该控制方程也适用于描述相邻档导线对舞动档导线运动特征的影响.运用多尺度法分别对弱激励和强激励下的受迫-自激振动求解,得到主共振和谐波共振的幅频响应函数,分析了受迫-自激系统的主...     

气动力⁃安培力⁃谐波激励作用下载流导线的非线性振动特征

研究了气动力-安培力-受迫激励联合作用下载流新月形覆冰导线的振动特征,在传统只考虑安培力的载 流导线振动方程中引入了气动力和受迫激励项,使得模型更加符合实际工程．首先建立了载流新月形覆冰输电 导线模型,接着推导了载流覆冰导线模型的振动方程,利用Galerkin方法将该振动方程转变为有限维度的常微 分方程,采用多尺度法进行摄动求解,求得幅-频响应函数,并对比分析主共振情况下考虑气动力与不考虑气 动力时载流、间距、风速、张力、激励幅值对振动幅值的影响．研究结果表明：考虑气动力的振动幅值较未考 虑气动力时小．各线路参数对导线的幅值都有一定程度的影响,并且使系统表现出明显的软弹簧特征和复杂的 动力学行为．本文研究成果能为实际工程提供一定参考价值     

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。     

内共振条件下轴向运动梁磁弹性超谐共振研究

以载流导线激发的磁场中轴向运动梁为研究对象,同时考虑外激励力作用,推导出梁的磁弹性非线性振动方程．通过位移函数的设定和伽辽金积分法,将非线性振动方程离散为常微分方程组．采用多尺度法得到系统的近似解析解．应用Matlab 和Mathematica 软件求解幅频响应方程,并对稳态解进行稳定性判定．通过具体算例得到前两阶假设模态的响应幅值随不同参数的变化规律．结果发现：系统在内共振条件下发生超谐波共振时,二阶假设模态幅值明显小于一阶;随着外激励的增大,多值解区域范围明显缩小;随着电流强度增加,振动幅值减小,表明载流导线能够起到控制共振的作用．     

不同自由度下覆冰四分裂导线舞动特征分析

基于哈密顿变分准则，推导了单档导线的振动控制方程，通过建立的气动荷载模型得到考虑气动荷载影响的覆冰导线舞动控制方程．进行风洞试验并得到覆冰四分裂导线的三分力气动系数，利用泰勒定律将气动系数在攻角α = 0处展开，得到了气动系数的三次拟合曲线．采用摄动法求解了二自由度下覆冰导线的位移响应，接着采用数值法求解了三自由度下覆冰导线的位移响应．最后，通过具体的数值算例分析了两者位移响应的区别．算例分析表明：二自由度下覆冰导线的位移响应与三自由度下覆冰导线的位移响应存在一定的区别，三自由度下覆冰导线的舞动更符合导线真实状态下的舞动，其结果更具有参考价值．     

基于3自由度的新月形覆冰输电线舞动稳定性研究

针对覆冰输电线舞动问题提出了一种基于非对称空气动力系数矩阵的临界风速计算方法．基于拟静态理论得到覆冰输电线的气动载荷，该气动载荷考虑了横向运动以及扭转运动对相对风攻角的影响，最后建立等效的3自由度覆冰输电线舞动模型．在初始风攻角处对气动载荷进行泰勒展开，得到非对称的线性空气动力系数矩阵．结合3自由度振动方程以及非对称空气动力系数矩阵，采用Rourh-Hurwitz准则计算覆冰输电线舞动发生的临界风速．通过风洞实验测得新月型覆冰单导线的空气动力系数，根据本文提出的理论分析了竖向振动频率、面外振动频率以及扭转振动频率对临界风速的影响，最后与DenHartog理论得到的临界风速进行了对比．本文研究成果对于指导覆冰输电线路防舞设计具有理论意义．     

两种离散方法对覆冰四分裂导线舞动特征的影响

首先基于Hamilton变分准则推导了覆冰导线三自由度耦合动力学方程组,接着采用两种离散方法离散动张力应变,一种是直接使用Galerkin法离散,另一种是先将动张力应变等效处理,然后再使用Galerkin法离散.由风洞试验测得新月形覆冰四分裂导线的气动力系数,并将各子导线的气动力系数等效,接着利用泰勒展开式拟合气动力系数,选取攻角55°进行舞动分析.基于Runge-Kutta法得到两种离散方法下的位移响应曲线,通过对比这两者位移响应曲线的差别,发现不同的离散方法对系统的相位、频率以及振幅皆有一定程度的影响.本文研究有助于理论建模的完善,并能给予实际工程一些指导.     

连续档覆冰导线舞动数值模拟及参数分析简

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.     

Modes computation and analysis for long multi-span bundle conductors of power transmission lines with galloping control devices

A new type of element which is suitable for solving the modes of the galloping long multi-span bundle conductor structures is presented. The element is composed of all sub-conductor segments between two spacers. Based on the linearized governing differential equations of the conductors, the mass matrix and stiffness matrix of the element in consideration of the constrained relations imposed on the conductors by spacers are derived. The dynamic characteristics of the galloping control devices can be directly added to the element. The modes for an actual power line structure are computed by using the element formula and FEM procedures, where seven cases of different galloping control device allocations are considered. Compared with the measured data, the method is shown to be reliable and effective. Analysis and discussions of the computational results are given. Some hints that are helpful to further investigation of galloping are also obtained.     

一种新的覆冰导线舞动非线性有限元分析方法

本文基于Hamilton原理,建立了耦合三个平动自由度和一个扭转自由度以及偏心覆冰作用下导线的非线性舞动方程,提出了一种新的覆冰导线舞动分析非线性有限元模型,将相邻跨导线和绝缘子等效为线性弹簧单元,同时考虑覆冰导线非线性气动力和大幅舞动的几何非线性,采用Newmark-β时间积分结合修正的Newton-Raphson非线性迭代求解舞动有限元方程。本文数值解与D形覆冰导线舞动实测值无论在振幅还是频率方面均吻合得非常好,证明了本文新提出的导线舞动有限元模型的准确性。本文研究还表明：舞动是一种以上下运动为主的低频振动,通常发生在一阶上下自振频率附近,其振幅和频率由输电线路的物理参数和风载荷唯一确定,与初始运动状态无关。     

Hysteresis in transverse galloping: The role of the inflection points

Transverse galloping is here considered as a one-degree-of-freedom oscillator subjected to aerodynamic forces, which are described by using the quasi-steady hypothesis. The hysteresis of transverse galloping is also analyzed. Approximate solutions of the model are obtained by assuming that the aerodynamic and damping forces are much smaller than the inertial and stiffness ones. The analysis of the approximate solution, which is obtained by means of the method of Krylov–Bogoliubov, reveals the existing link between the hysteresis phenomenon and the number of inflection points at the aerodynamic force coefficient curve, C_y(α); C_y and α being, respectively, the force coefficient normal to the incident flow and the angle of attack. The influence of the position of these inflection points on the range of flow velocities in which hysteresis takes place is also analyzed.