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。     

多档输电线非线性建模及面内自由振动分析

考虑边界条件和耦合连接条件,基于Hamilton变分原理,建立了多档输电线结构的精细化动力学模型。对两档输电线系统的特征值问题进行了研究;根据面内特征值方程,确定结构的模态函数,分析了垂跨比、跨度比等参数对面内固有频率的影响。研究结果表明,随着跨度比和垂度比的增大,各档之间横向振动耦合增强,模态频率会发生频率穿越现象。本文结合模态局部化因子描述体系的局部模态、整体模态、混合模态行为,输电线档间通过连续条件耦合,产生混合模态。结果表明,在Veering区和频率穿越区附近,某些频率接近相等,存在1:1内共振和2:1内共振模式。     

山地输电线动刚度计算及模态分析

为了揭示地形变化对连续档输电线动态特性的影响，本文提出了基于任意高差角的动刚度理论．首先将单档导线视为连续档导线的子结构，构建了两悬挂点不等高的单档导线振动方程，并在该理论方程中引入了二次项，能够考虑重力沿弦向分量的影响，推导出绝缘子串绕其悬挂点转动的动刚度计算方法，通过动刚度理论研究连续档导线横向振动模态和频率，并应用有限元软件ABAQUS 验证理论模态和频率公式的准确性．所得结果表明，动刚度的计算方法具有较高的精度，理论模态与有限元输出结果吻合较好，同时获得的频率和模态可为山地高压输电线路防舞技术的研究提供依据．     

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。     

特高压八分裂输电线路次档距振动与防振研究

基于典型特高压八分裂导线风洞试验获得的基本气动参数,对导线次档距振动现象进行了数值模拟,利用有限元方法分析了线路振动特性,讨论了风速对导线次档距振动的影响,研究了线路在不同间隔棒布置方式下次档距的振动情况。结果表明:风速在10m/s～16m/s下,档距为500m、600m、700m的输电线路的振动幅值均位于0m～2m范围内,随风速的变化呈近似线性变化;档距为500m的输电线路间隔棒等次档距布置时,子导线发生局部振动的频率为1.00Hz～1.18Hz;间隔棒非等次档距布置时,子导线发生局部振动的频率为0.91Hz～1.16Hz,间隔棒等次档距布置会改变导线的振动频率及形式;档距为500m的输电线路布置8根间隔棒时,子导线垂直方向振动频谱在1.10Hz附近均出现峰值;布置10根间隔棒时,子导线垂直方向振动频谱在1.19Hz出现峰值,且频谱峰值较小,增加间隔棒数量可以改变导线振动的频率以及频谱峰值。本文对特高压八分裂导线风振机理的研究及防振具有一定的参考意义。     

悬索的多重内共振研究

本文对谐波激励的悬索的非线性响应进行了研究,同时考虑了如下问题(1):面内第三阶对称模态的主共振:(2):面内第一阶、第三阶对称模态和面外第五阶模态之间的内共振.本方首先针对考虑大变形的悬索动力学方程,由线性理论求得各阶频率,考察可能出现的内共振.然后利用直接法对悬索的运动学方程和边界条件进行非线性求解.由多尺度法得到系统的平均方程和悬索响应的二阶近似解.随后利用Newton-Raphson 方法和弧长法对特定张拉索进行数值仿真计算,得到面内第一阶对称模态、面内第三阶对称模态和面外第五阶模态的稳态解,并分析了解的稳定性.绘制幅频响应曲线,发现了关于悬索响应的多种分叉现象,并且对各种分叉现象周期解、混沌解进行了讨论.     

四分裂导线翻转理论研究

建立了四分裂导线大角度转动的力学模型,推导了扭矩对转角影响的理论公式。研究表明:两相邻间隔棒相对转动时回复力矩变化呈正弦曲线,最大的回复力矩发生在相对转角90°附近,而相对转角为180°时回复力矩为0,这是导线翻转后不能回复的本质原因。建立简单单档输电线不同步脱冰的力学模型,基于该模型获得的理论公式可预测不同步脱冰导致输电线翻转所需的覆冰载荷。研究表明,导线张力和次档距是影响导线翻转的关键参数。本文研究成果可应用于输电线路设计,对于防止输电线路翻转具有重要的理论意义和工程价值。     

任意高差的多档输电线动刚度理论建模

针对目前多档输电线动力特性研究中存在的不足,将任意一档导线视为子结构并基于现有的索振动理论获得了其动张力;利用相邻两档导线的动张力建立了悬垂绝缘子串绕其悬挂点摆动的动力学方程;综合每一档导线的振动方程以及悬垂绝缘子串的摆动方程建立了两档及三档输电线的动力学方程,求解得到由端部位移激励产生的动刚度;通过对动刚度进行分析得到了多档输电线的固有频率以及模态的理论表达形式;建立了小高差的两档及三档导线的有限元模型,理论分析结果与有限元结果一致,验证了理论公式的正确性。本文提出的动刚度理论对于研究多档输电线的动态响应具有重要的应用价值。     

外激励作用下弹性支撑浅拱的非线性动力学分析

研究了外激励下两端采用转动弹簧约束的铰支浅拱在发生1:1内共振时的非线性动力学行为。通过引入基本假定和无量纲化变量得到浅拱的动力学控制方程, 将阻尼项、外荷载项和非线性项去掉后,所得线性方程及对应边界条件即可确定考虑转动弹簧影响的频率和模态, 发现转动约束取不同刚度值时系统存在模态交叉与模态转向两种内共振形式。对动力方程进行Galerkin全离散, 并采用多尺度法对内共振进行了摄动分析, 得到了极坐标和直角坐标两种形式的平均方程, 其中平均方程系数与转动弹簧刚度一一对应。最低两阶模态之间1:1内共振的数值研究结果表明: 外激励能激发内共振模态的非线性相互作用, 参数处于某一范围时系统存在周期解、准周期解和混沌解窗口, 且通过(逆)倍周期分岔方式进入混沌。     

索-梁组合结构的建模及面内动力特性分析

利用哈密顿变分原理以及结构动静态构型的影响,建立了索-梁组合结构的约化运动学控制方程。考虑到边界条件和耦合连接条件,我们研究了体系的面内特征值问题。根据求解得到的面内特征值方程,并通过分段函数的引入,结构的模态函数可以被直接确定。随后,我们研究了参数垂跨比f,刚度比和质量比对面内固有频率的影响。研究发现从结构的频率谱图中可以看出频率跳跃现象是存在的,另外,频率穿越现象也是十分明显。随后 ,考虑到局部模态和整体模态,结合之前确定的特征值方程及分段振型函数,我们研究了索-梁组合结构可能的模态形状。最后,我们讨论了索-梁组合结构可能发生的内共振形式,比如面内1:1内共振形式以及1:2内共振形式。研究表明梁的静态构型不仅直接影响到耦合力连接条件,还将影响索-梁组合结构频率的确定。     

考虑弯曲刚度斜拉索面内面外内共振分析

本文研究桥梁工程中含弯曲刚度斜拉索的面内面外内共振问题．描述了工程中斜拉索变形的三种状态,考虑弯曲刚度、大变形及垂度等因素,忽略斜拉索纵向惯性力的影响,运用Hamilton变分原理建立了含弯曲刚度的斜拉索面内面外耦合偏微分控制方程,采用Galerkin方法对偏微分方程离散,并运用多尺度摄动方法进行了求解,获得了斜拉索可能存在的内共振模式,以工程中一根斜拉索为例,运用有限元法对其进行动力特性分析,列出了斜拉索前10阶面内面外振动频率,找出面内面外可能产生内共振的模态,分别研究了主共振条件下斜拉索面内和面外1:1、2:1内共振情形,获得了有意义的结论．     

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.     

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.     

多自由度内共振系统非线性模态的分岔特性

利用多尺度法构造了一个立方非线性1:3内共振系统的内共振非线性模态(NonlinearNormal Modes associated with internal resonance)．研究表明,内共振非线性系统除存在单模态运动外还存在耦合模态运动．耦合内共振模态具有分岔特性．利用奇异性理论对模态分岔方程进行分析发现此类系统的模态存在叉形点分岔和滞后点分岔这两种典型的分岔模式．     

考虑温度效应的索梁面内动力学建模及特性分析

根据增量热场理论,温度变化影响下索梁结构会形成新的热应力平衡状态．因此基于已有的索梁结构非线性动力学模型,结合与斜拉索张拉力和垂度相关的无量纲参数,重新建立考虑温度变化影响下索梁结构面内振动的动力学模型,并推导其面内非线性运动方程．接着开展特征值分析,得到包含温度效应的索梁结构面内振动频率的超越方程及模态振型函数．通过算例研究温度变化对不同刚度比的索梁结构影响,得到其前四阶面内振动的模态频率与温度变化的关系曲线．研究结果表明：面内模态频率受温度变化影响明显,其影响程度与刚度比大小和模态的阶数密切相关,温度变化对低阶模态频率的影响比对高阶模态频率影响更为复杂;升温和降温对索梁结构面内振动特性的影响不对称;此外温度变化会导致频率偏转点的位置发生漂移．     

斜拉桥中斜拉索的面内外耦合内共振分析

研究了桥面侧振引起的斜拉索非线性振动问题。基于Hamilton原理建立了拉索的非线性振动控制方程,并利用多尺度法得到了斜拉索振动方程的二阶近似解。通过具体算例分析了斜拉索面内一阶模态与面外一阶模态相互耦合发生内共振的可能性,讨论了拉索倾斜角对拉索振动的影响,比较了在零初始条件和非零初始条件下拉索振动响应的区别。研究发现:拉索内共振发生在一定的激励频率和激励幅值区域内;改变倾斜角度,会影响拉索发生内共振时激励频率区域的大小;初始条件的不同,拉索的振动形式会相差很大。     

温度效应对覆冰导线舞动特征的影响研究

以某耐张段单跨导线作为研究对象,基于哈密顿原理和增量热场理论,建立了考虑温度效应的覆冰导线非线性舞动模型并推导出其舞动方程。分别使用近似模态和复杂模态得到离散后的面内-面外耦合的有限维度舞动方程,接着采用多尺度法得到该方程的近似解。数值算例研究表明,温度对频率的影响与Irvine参数有关,对张力的影响与初始张力的范围有关,而且降温会增大导线舞动幅值;采用精确模态计算得到的舞动幅值显著小于使用近似模态计算得到的幅值。     

三阶模态耦合效应下悬索的1:1主共振与稳定性分析

针对悬索的振动,研究了模态耦合效应对悬索振动特征的影响。首先基于哈密顿原理推导了考虑抗弯刚度影响的悬索的偏微分振动方程,采用Galerkin方法得到了悬索的前三阶模态耦合振动常微分方程组。采用多尺度法分析了悬索的一阶、二阶和三阶主共振,得到了一阶、二阶和三阶主共振的幅-频响应方程,接着基于Lyapunov稳定性理论进行了稳定性分析,最后进行了数值算例分析。算例分析表明,当1:1主共振发生时,一阶主共振产生的幅值远大于二阶和三阶主共振产生的幅值,即当悬索振动时,能量主要以一阶模态幅值的形式散发;在同阶次幅值-σ曲线中,随着F的增加,1:1主共振产生的幅值有所增加;在幅值-V曲线中,随着σ的增加,临界跳跃点有向右偏移的趋势,σ增加会导致幅值增加;档距越大,一阶、二阶和三阶1:1主共振产生的幅值越大,但一阶主共振产生的幅值增加最为明显。     

输电线等效刚度计算方法及舞动分析

针对考虑相邻档输电线影响的架空输电线路舞动问题,提出了一种计算相邻档及绝缘子串等效刚度的方法。通过分析外部载荷作用下输电线长度变化情况,推导出单档输电线等效刚度的理论公式,同时研究了张力和高差对等效刚度的影响;针对有绝缘子串的单档及两档输电线进行力学分析,获得输电线等效刚度理论公式,该公式考虑了输电线上悬垂绝缘子串,同时包含了档距和高差等参数,可将该公式扩展到任意连续档输电线等效刚度的计算中。与有限元计算结果对比表明,该理论公式对连续档输电线等效刚度计算具有较高的精度,水平等效刚度的最大误差为2.7%。同时建立了两端有弹簧约束的单档导线的舞动方程,考察了两端约束弹簧刚度对舞动幅值的影响。结果表明,随着等效弹簧刚度减小,竖向舞动幅值先增加后减少。本研究可为理论分析架空输电线路舞动提供有效支持。     

悬索在外激励作用下的1∶3内共振分析I∶离散法

研究了悬索在受到外激励作用和考虑1∶3内共振情况下的两模态非线性响应.对于一定范围内的悬索弹性-几何参数而言,悬索第三阶面内对称模态的固有频率接近于第一阶面内对称模态的固有频率的3倍,从而导致1∶3内共振的存在.首先利用Galerkin方法把悬索的面内运动方程进行离散,然后利用多尺度法对离散的运动方程进行摄动,可得到两组不同主共振情况下的平均方程.