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。     

输电线路导线分层力学特性仿真及试验研究

为准确评估输电线路导线分层力学特性,以钢芯铝绞线LGJ240/30型导线为研究对象,考虑张拉荷载下各层股线的轴向应变、轴向扭矩、层间挤压力,提出了输电导线分层张力、应力、应变的精细化计算方法;根据导线实际绞制状态建立有限元分层实体模型,考虑实际导线的层间接触状态,通过建立刚性点连接刚性面的方法施加轴向张拉荷载,模拟运行张力作用下导线各层间的应力分布规律;选取与有限元仿真长度、型号相同的导线进行了分层应力-应变测试试验,根据应力-应变测试试验原理进行了测量。结果表明:张力为额定拉断力的25%时,第三层铝股线最大应力为1992MPa,第四层铝股线最大应力为1652MPa;导线在承受张拉荷载作用时,两层钢股线承受主要张力,且各层钢股线、铝股线轴向应力变化呈由内至外逐渐变小的趋势。     

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。     

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。     

220kV高压输电线路风偏有限元模拟研究

利用ABAQUS/CAE建立了220kV架空高压输电线特征段线路有限元模型,模型中包括子导线、绝缘子串和间隔棒等,并采用考虑随高度变化的Kaimal谱和Davenport相干函数,运用谐波合成法数值模拟风场,进而采用ABAQUS软件完成该特征段线路的风偏响应时程分析.将计算得到的在不同基本风速随机风荷载作用下的风偏响应统计结果,与现行设计规程中悬垂绝缘子串风偏角简化方法的计算结果进行比较,讨论了现行架空高压输电线路杆塔塔头设计时风偏角计算方法的不足.     

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。     

输电线路挤扩支盘桩受力特性的试验研究

挤扩支盘桩是一种具有较高的承载力和较小的沉降变形的新桩型。对某220kV送电线路工程的挤扩支盘灌注桩分别开展了下压+水平联合工况、上拔+水平联合工况和水平荷载的现场真型静载荷试验,得到了挤扩支盘桩在不同工况下的承载力、桩身轴力、桩周侧阻力和桩端阻力的分布规律。支盘桩的抗拔承载力较普通灌注桩提高约20%,支盘的存在使得桩身轴力呈现明显的阶跃式变化。根据挤扩支盘桩的荷载传递规律,建议承力盘间距不小于桩身设计直径的4倍,且不小于承力盘设计直径的2倍。     

输电铁塔四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力试验与计算方法研究

针对架空输电线路铁塔中常用的四地脚螺栓塔脚板进行了抗拉承载力试验和理论计算方法研究。首先,选取8个试件进行塔脚板抗拉承载力试验研究,分析塔脚底板板厚及有无加劲板对塔脚板抗拉承载力的影响;其次,通过有限元模拟塔脚板的应力分布情况,并结合“塑性分析,弹性设计”的思想,提出了一种基于屈服线理论的四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力计算公式;最后,与试验结果、有限元仿真结果、已有技术规定中的计算结果进行了对比。结果表明:建议公式与试验结果和仿真结果较为吻合,相关技术规定中的计算结果偏于保守,验证了本文建议公式的精确性;底板厚度和加劲板的作用对塔脚板承载力影响较大。研究结果可为输电铁塔四地脚螺栓塔脚板结构设计提供参考。     

高速双锥绕流中热化学与输运模型影响研究

激波与边界层之间相互作用是高超声速飞行中的常见现象,对飞行器气动性能与飞行安全至关重要.对于高焓来流,流场中通常存在复杂的物理化学现象,此时准确模拟流场中激波边界层相互作用的难度大,相关物理化学建模仍有待进一步考察和研究.本文针对最近文献中纯净空气高超声速双锥绕流实验开展数值研究,分别研究了不同热化学模型与输运模型对壁面压力与热流的影响.热力学模型包括完全气体、热力学平衡和非平衡模型,化学模型包括冻结和非平衡化学模型,输运模型包括经典的Wilke/Blottner/Eucken模型与更加复杂的Gupta/SCEBD模型,以及考虑壁面催化/非催化影响的模型.计算了6个不同算例,涵盖了低焓至高焓来流等不同工况.壁面压力与热流的数值计算结果与实验结果符合较好;对于低焓来流,计算结果主要受到分子内能分布的影响,输运模型对计算结果的影响不大;对于高焓来流,一方面计算结果受到化学反应与壁面催化的影响较大,另一方面不同输运模型对计算结果的影响也更加明显.