峡谷地形条件下导线流固耦合风振响应分析

架空输电导线在峡谷等复杂微地形条件下风振响应的研究方面,针对传统的单向风振响应分析方法因考虑边界条件较少存在误差,本文基于双向流固耦合理论,使用有限元仿真软件中的Design Modeling模块建立跨越峡谷线路模型,分别建立了导线在平地与峡谷中的计算域模型,分析了瞬态风场下平地和跨峡谷导线流固耦合振动特性,并与非流固...     

覆冰输电塔线体系风载荷影响因素分析

输电塔线体系属于强非线性耦联系统,具有高柔度、大跨度、风敏感等特点,对其在风载荷作用下的非线性静态响应分析研究在结构设计和实际线路中具有重要的理论和工程价值.建立了以猫头直线塔为基础的"三线两塔"输电塔线体系耦合有限元模型,考虑结构自重载荷、覆冰载荷、导线张力和风载荷的组合作用下对输电塔线体系进行非线性静力学分析,重点研究了风向角、覆冰风攻角和风速对输电塔线体系静态承载能力的影响,归纳总结了相应的影响规律.     

不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研究

输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明：降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显;在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%;两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%;在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。     

长单索结构的多参数流固耦合分析

介绍了长索结构在风场中的流固耦合振动,总结已有的流固耦合基本理论,着重介绍弱耦合问题的具体分析过程.以100m长索在不同拉索倾角和风向角的多参数流固耦合风振为例,应用ANSYS-CFX软件分别在层流模型和湍流模型风场中进行数值分析,得出与力学概念分析基本一致的结果.     

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。     

考虑流固耦合作用的充气膜结构风压分布研究

充气膜结构是典型的风敏感型柔性结构,风荷载经常起关键的控制作用。本文利用ANSYS14.5程序中的workbench平台,考虑流固耦合作用,研究矩形平面气承式充气膜结构的风压系数分布。其中,选用基于雷诺时均模拟法的RNGk-ε湍流模型进行风场模拟,采用弱耦合分析方法模拟流固耦合风荷载效应。分析的参数选择风向角、结构内压、矢跨比和平面长宽比。针对矢跨比分别为1/4,1/3和1/2,长宽比分别为5/3,2/1和3/1的柔性充气膜结构模型,计算不同内压及不同风向角作用下的结构响应。结果表明,考虑流固耦合作用时,充气膜结构的风压体型系数比不考虑流固耦合作用的刚性模型明显偏大,其影响因子在1.25~1.5之间;充气膜结构的风压系数分布受风向角、内压、长宽比及矢跨比的影响较大。     

雷暴冲击风下输电塔风振特性试验研究

基于自主开发的试验装置,在常规边界层风洞中实现了大比例稳态雷暴冲击风剖面的模拟,并以输电塔气弹模型为研究对象,采用非接触式位移测量仪测量模型的风振响应,分析了不同类型雷暴冲击风场下输电塔的平均位移特性,并与常规B类风场下的风振特性进行了对比。试验结果显示,输电塔的风振响应均以两个方向的一阶弯曲振型为主,扭转响应和高阶弯曲响应不显著。随风速增加,不同风场下输电塔位移响应均呈抛物线趋势增大,最大风速处于塔头部位的冲击风场引起的输电塔位移响应明显高于最大风速处于塔身中部冲击风下的响应值,B类风场下的响应介于两类冲击风场间,且不同风场下位移响应间的差距也随风速增加不断增大。     

输电塔-线体系脉动风振耦合分析

为了研究脉动风引起的结构风致响应,以一塔二线输电塔-线体系为对象,模拟了不同风向角下风荷载导致的结构时程响应．以Davenport风速谱为验算目标来模拟脉动风场,在平均风速的基础上施加脉动风动力时程荷载,分析风向角分别为0°、90°和45°时输电塔-线体系的风振时程响应．依据三种工况下结构中的位移及内力分布情况,分析了主要构件的强度及稳定性,并与基于规范得到的结果进行比较．结果表明,当输电塔层数小于6时,按规范方法计算的强度应力均比按单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法计算的强度应力大;当层数大于6时,按规范方法计算的强度应力与按FSI方法计算的强度应力相当;在45°和90°风向角工况下,按规范方法计算的部分层数的强度应力略小于按FSI方法计算的强度应力．考虑到脉动风的随机性大,建议适当增加风振荷载系数,以确保输电塔-线结构体系的强度安全性．     

受谐激励的带压电层充液圆柱容器稳态解

基于线性压电理论和可压缩无粘流场运动方程,推导出无限长带压电圆柱体流固耦合稳态解,由于流固耦合与力电耦合的复杂性,文中只考虑轴对称问题,研究了流固耦合智能结构在不同电压作用下位移、应力、流体压力的分布情况,为振动噪声控制奠定基础。     

气液两相段塞流作用下管道流固耦合动力学分析

气液两相流的不稳定流动和管道动力响应之间的耦合作用是引起管道振动问题的直接原因。本文通过轻烃回收重沸器管道的流固耦合动力学数值仿真和气液两相流理论分析,深入研究了管道振动内在机理,发现了垂直管段中段塞流是引起管道振动的原因。通过研究现场工况中不同气液组分下段塞流的流动规律,进而进行了管道流固耦合动力学分析,获得了不同工况下管道振动响应。数值结果表明:稳定段塞流和不稳定段塞流冲击作用下管道振动显著;在强烈段塞流作用下,管道振动峰值更加显著,振动峰值超过10mm,振幅峰峰值也超过8mm。研究揭示了气液两相段塞流作用下管道的振动特性,为这类典型管道振动问题的治理提供了理论和方法依据。     

特高压输电线路V型绝缘子串动力学特性数值仿真研究

针对特高压输电线路使用的V型绝缘子串结构安全问题,用SAP2000软件对特高压输电线路V型绝缘子串串线耦合结构进行了动力学分析。首先,建立了基于索单元的两线一串等效有限元分析模型;其次探讨了绝缘子串的失效准则,提出了绝缘子串轴力和导线悬挂点位移是考量绝缘子串安全性的两个指标;然后,通过静力学分析研究了V型绝缘子串夹角变化对结构安全性的影响;最后用AR法生成随机脉动风场,通过风振响应分析研究了V型绝缘子夹角、风速、风攻角对绝缘子串最大轴力、导线最大张力和导线悬挂点的影响,指出了在设计绝缘子时应当综合考虑选取最优方案。本文研究结果为特高压输电线路V型绝缘子串结构安全设计与校核提供了分析依据和设计建议。     

充液矩形贮箱弹性箱底板应力与变形分析

基于相容拉格朗日-欧拉法,通过对流场与弹性固体间流固耦合作用的分析,得到了矩形贮箱弹性底板流固耦合系统的自由振动微分方程。将伯努利方程与外加激励条件、速度势函数耦合到自由振动方程中,采用迦辽金积分法,给出了矩形贮箱在流体作用下的应力与变形的解析解。讨论了弹性底板的抗弯刚度、结构尺寸、底板材料参数及流体深度等因素对底板应力与变形的影响。研究结果表明:在液体晃动非线性激励作用下,贮箱底板的应力和变形随着液体深度、板长的增大而增大,随着板厚的减小而增大,且成非线性变化关系;底板的变形及应力与底板的材料常数相关,其中板厚的变化对其变形和应力影响要比板长及液体深度的影响显著得多。本文结果可为工程实际中矩形贮箱的设计提供参考。     

输电杆塔螺栓连接区域局部结构有限元分析

利用ABAQUS有限元软件建立了500k V同塔双回输电线路塔线耦合体系模型,在不同脱冰率情况下对塔线体系的动力响应进行了数值模拟。分析了杆塔在各脱冰率下的受力情况并结合现场倒塔情况,确定了杆塔危险区域,建立了该危险区域局部结构三维有限元模型。将由塔线体系模型计算得到的危险区域边界的力施加于三维局部模型上,计算了该区域在导线脱冰过程中的应力。模拟研究连接螺栓预紧力不同的情况下危险区域的应力和变形,发现螺栓预紧力减小时杆塔容易破坏,这一结论对输电杆塔的设计和安装具有指导意义。     

考虑气动力作用的载流覆冰导线主共振及谐波共振分析

针对载流导线的非线性振动问题,在以往只考虑安培力的载流导线振动方程中引入了气动荷载。在此基础上进一步引入了受迫激励荷载,以研究动态风或相邻档导线对载流覆冰导线非线性振动特征的影响,建立了一种新的气动力-安倍力-受迫激励联合作用下的载流覆冰导线系统。推导出非线性振动方程,利用Galerkin方法将该振动方程转变为有限维度的常微分方程,采用多尺度法求解得到系统的非线性受迫主共振和亚谐波共振的幅-频响应函数。通过数值计算,分析了参数变化对系统受迫共振响应的影响以及受迫主共振定常解的稳定性。结果表明,考虑气动力的振动幅值和系统非线性较未考虑气动力时更小和更弱;线路参数的变化对导线的响应幅值和系统的非线性都有一定程度的影响;主共振和亚谐波共振的响应幅值随着激励幅值的增大而增大,共振峰值向着调谐参数σ的负值方向偏移,呈现出软弹簧特征并伴随着多值和跳跃现象;主共振时,随着调谐参数的变化,响应幅值则出现同步和失步现象。     

风场中长单索结构流固耦合效应的动力学分析

本文介绍了长单索结构的风致振动现象及传统单索动力计算方法,分析了进行流固耦合计算的必要性.详细阐述了流固耦合的基本理论和方法,并介绍了有限元软件ANSYS的流固耦合计算流程.根据两种工况下的流固耦合算例分析,给出了长单索结构跨中节点的位移、应力以及索表面风压等物理量的时程曲线,通过对不同工况以及不同流场模型的模拟和分析比较,探讨了基于流固耦合分析的长单索结构风致振动响应的特点,对长单索结构的风致振动分析和设计具有参考意义.     

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。     

风与柔性结构流固耦合作用的预处理方法研究

针对强耦合方法求解风与柔性结构流固耦合作用时,大量计算资源都耗费在对强耦合方程求解中这一弊端,本文研究了强耦合方程的预处理求解方法。在风与柔性结构流固耦合作用的强耦合整体方程的基础上,将时空离散和线性化后的类似结构方程看成是鞍点问题,首先推导得到了类似结构方程的预处理矩阵;再基于此推导出了强耦合整体方程的预处理矩阵。首先采用预处理方法对经典二维流固耦合问题进行了计算,验证了提出的预处理矩阵的正确性;然后对风与三维膜结构的流固耦合作用进行了分析,评估了所提出预处理方法的相关计算参数。计算结果表明,所提出的预处理方法可使强耦合整体方程的求解在计算精度和计算效率上都得到较大提升,证明本文提出的预处理方法适用于风与柔性结构的流固耦合分析。     

考虑地震和过水条件下潘口电站厂房结构振动应力分析

部分已建水电站的运行实践表明:厂房振动问题是影响水电站正常运行的主要因素之一,它不仅直接影响到机组的安全稳定运行,缩短检修周期和使用寿命,严重时还会引起整个厂房的振动,以至被迫停机,这就需要在设计和建设过程中进行相应的研究,采取有效措施,尽量防止厂房振动的发生,将损失减小到最小.本文以潘口电站厂房结构为研究对象,通过对结构与理想流体耦合问题的分析,采用迦辽金法推导了具有压缩性流体与固体流固耦合问题的动力有限元分析模型,模型考虑了流固耦合问题的附连水质量问题,利用三维有限元分析了厂房结构自振特性和在地震荷载作用下结构的动力特点,对厂房整体结构共振进行校核和评估,提高电站安全运行和管理.     

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。     

大跨越输电线路防振锤和Bate阻尼线联合防振试验研究

为了掌握防振锤和Bate阻尼线联合防振对大跨越输电导线微风振动的影响,基于IEEE输电导线振动测试指南,设计制作了大跨越输电导线-防振锤-Bate阻尼线联合防振体系的微风振动试验平台;分析了联合防振条件下大跨越输电导线的振动响应,研究了防振锤型号和数量对大跨越输电导线防振体系的微风振动影响。试验结果表明:防振锤和阻尼线能有效降低大跨越输电导线的振动位移,防振锤和Bate阻尼线联合消振效果优于单一的防振锤或阻尼线;在相同激励条件下,防振锤和Bate阻尼线的防振频段不同,防振锤在20Hz中频段防振效果较好,而Bate阻尼线在低频段和高频段的防振效果较好。对称型FR-4和非对称型FD-5防振锤均能有效降低导线振幅,但防振锤型号不同,其防振效果不同,FD-5型防振锤在20Hz和25Hz时消振效果稍好;防振锤的安装数量对输电线防振体系的抑振效果影响较大。