覆冰导线舞动非线性数值模拟方法

基于覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰导线非线性运动方程,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的三结点等参单元,得到基于更新Lagmnge格式的覆冰导线的非线性动力学有限元方程.采用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程.编制了相应的计算程序,利用算例验证了方法和程序的正确性.进而利用该方法通过对典型覆冰线路的数值模拟.揭示了当覆冰线路在垂直和水平方向固有频率之间存在整数倍关系的情况下,可能出现的一种新的舞动模式,其可理解为非线性动力系统的饱和现象.     

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。     

Analysis of Hysteretic Strongly Nonlinearity for Quad Iced Bundle Conductors

A new hysteretic nonlinear model of quad iced bundle conductors is constructed. The bifurcation equation is obtained by applying the undetermined fundamental frequency method of the complex normal form. The transition set and bifurcation diagrams for the singularity are presented. Then the corresponding relations between the unfolding parameters and the system parameters are given, and the sensitivity parameters and its range of values are obtained to analyze and to control the galloping of the quad iced bundle conductor.     

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．     

考虑舞动和微风振动的复合横担疲劳评估

复合横担在实际运营环境长期荷载作用下的疲劳性能是影响其向不同电压等级输电线路大范围推广应用的关键因素，准确的预测和评估复合横担在典型运营荷载下的疲劳寿命是确保其在服役期内安全、可靠运行的重要保障．本文以目前国内最具推广应用前景的双柱斜拉式复合横担为研究对象，对输电线路发生导线舞动、微风振动时横担的受力情况进行分析，借助有限元软件ANSYS，进行了复合横担的静动力特性分析，得到了横担上危险点的应力时程曲线，最后结合材料的S-N曲线利用Miner线性累积损伤理论评估了复合横担的疲劳寿命．结果表明，复合横担在不同舞动工况下的失效破坏模式以及疲劳寿命完全不同；当输电线路中存在一个半波的舞动时，由于舞动幅值过大，复合横担一般发生静力失效破坏；在不考虑任何防震系统的前提下，当发生偶数个半波舞动时，耐张塔复合横担的使用寿命在5.1年以上，其在微风振动情况下的平均使用寿命可达30年．     

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...     

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。     

覆冰三分裂导线舞动的数值模拟方法

以覆冰三分裂导线为研究对象,提出了一种模拟覆冰分裂导线舞动的数值方法。用Hamilton变分原理建立系统的动力学平衡方程,利用罚函数法引入子导线上间隔棒连接点的运动约束条件;采用Newmark法进行时间积分、Newton-Raphson法迭代求解非线性方程。通过数值算例验证了方法的正确性。在该方法的应用中由于尾流影响而导致迎风侧子导线和背风侧子导线所受空气动力载荷不同,数值模拟结果反映了这一因素对各子导线舞动轨迹的影响。此方法为分裂导线舞动的深入研究提供了一种有效途径。     

基于互补滤波的输电导线舞动轨迹还原算法

方向余弦矩阵算法(DCM算法)是工业级MEMS惯性传感器姿态解算常用算法。但由于受到外部机械振动和电磁环境影响,MEMS陀螺输出数据漂移较大,导致陀螺积分解算得出的姿态角误差会随着时间累积增长,因此须结合DCM算法与GPS或磁罗盘对陀螺计算出的角度进行误差修正。然而本文设计的导线舞动检测仪是直接安装于高电压架空输电线路表面,仪器处于很强的工频电磁干扰环境中,GPS和磁罗盘传感器失效,所以为了实时准确输出高压导线的运动轨迹,本文提出采用改进的DCM算法,即MEMS陀螺和加速度计的互补滤波算法;并设计出详细的导线舞动轨迹解算流程;最后以仿真测试验证该算法的正确性,并且在专用的舞动监测实验平台上证实了新型舞动监测仪样机的有效性。