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.     

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。     

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。     

一种新的覆冰导线舞动非线性有限元分析方法

覆冰导线舞动严重威胁输电线路的安全稳定运行,论文针对覆冰导线的大幅舞动问题,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.论文数值解与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,证明了论文新提出的导线舞动有限元模型的准确性.论文研究表明: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.通过与现有方法对比,论文在覆冰导线的舞动模型和气动力处理方面有较大的创新和改进,计算精度更高,效率较传统有限元法有显著提升,能为输电线路舞动研究和防舞抑舞控制提供一种新的方法与思路.     

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。     

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。     

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...     

扇形覆冰特高压八分裂导线舞动特性分析1)

考虑到重冰区的特高压输电线路更容易形成接近扇形的覆冰,结合风洞实验及数值模拟方法研究了扇形覆冰八分裂导线的舞动特征。通过扇形覆冰八分裂输电线的节段模型风洞实验,获得各覆冰子导线随风攻角变化的气动参数。在ABAQUS软件中建立单档扇形覆冰八分裂输电线路的有限元模型,通过程序UEL输入各覆冰子导线的气动参数,根据数值模拟结果可获得舞动轨迹及振幅等舞动特征,最后讨论了风速、档距和初始风攻角对八分裂导线舞动特征的影响。     

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...     

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．     

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...     

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.     

覆冰导线气动力特性的规律性研究

采用数值模拟结合风洞试验验证的方法对影响覆冰导线气动力特性的主要因素进行规律性研究,建立了覆冰导线周围的空气流场二维CFD模型.对比湖北省中山口覆冰分裂导线的数值计算结果与风洞试验数据,验证CFD数值模拟方法的准确度和可靠性.在此基础上将CFD数值模拟方法推广至更多工况下的覆冰导线气动力系数数值模拟中,考察了覆冰导线气动力系数随覆冰形状、覆冰厚度、来流风速、导线分裂数目的影响规律.结果表明,该方法是一种实用、有效、准确的气动力系数数值模拟方法,所得气动力系数的变化规律对覆冰导线空气动力特性及舞动研究具有一定的指导意义.     

含等档的输电线面内自由振动理论

连续档导线运动方程包含平方和立方非线性项,倍频时会产生多模态耦合的复杂响应,因此研究连续档导线模态及共振的频率分布规律尤为重要．基于模态综合法获得了具有相等档距的连续档导线模态函数,基于动刚度理论得到了不同模态对应的频率理论公式,并应用有限元方法验证了模态及频率理论公式的准确性．研究了不同模态对应频率随几何参数的变化趋势,结果表明有相等档距的连续档导线的共振条件和单档导线有明显区别,连续档导线面内对称模态之间容易产生1:1共振,面内对称与反对称模态之间易产生1:2共振．本文研究内容可用来分析连续档导线内共振及其分岔行为．     

冲击载荷下导线覆冰脱落过程的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立输电线路有限元模型,模拟研究单档覆冰导线在冲击载荷作用下的除冰过程。覆冰破坏采用拉伸破坏准则,利用ABAQUS的用户材料子程序VUMAT,定义覆冰的本构关系并实现覆冰破坏单元删除的判定。进一步模拟研究在不同冲击载荷幅值、线路档距和覆冰厚度等条件下的除冰率,结果表明:除冰率随冲击载荷幅值的增加而增大;覆冰厚度和档距越小,除冰率越大;连续档线路需要更大的冲击载荷才能达到较好的除冰效果。所得结果可以为机械式除冰装置的设计提供参考。     

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。     

D形覆冰六分裂导线空气动力系数数值模拟

利用FLUENT流体动力学分析软件计算D形覆冰六分裂导线在特定风速下的绕流问题,得到各覆冰子导线空气动力系数随风攻角的变化曲线.分析了迎风侧子导线尾流对背风侧子导线气动特性的影响.结果表明,D形覆冰六分裂导线各子导线的空气动力系数存在明显差异,在研究舞动及其防舞技术时有必要考虑这种差异.     

动张力简化方法对输电线舞动的影响研究

针对覆冰输电线舞动,考察了弯曲刚度、两种不同动张力简化方法对舞动特征的影响。首先基于哈密顿原理推导了考虑抗弯刚度的输电线振动偏微分方程,采用Galerkin方法将偏微分方程转换为常微分方程。采用两种不同的计算方法将偏微分方程转换为常微分方程,一种方法将动张力在长度范围内进行平均,然后采用Galerkin方法;另外一种是直接使用Galerkin方法转换该偏微分方程。参数分析表明,两种不同的动张力计算方法对得到的二自由度常微分方程各非线性系数及耦合项系数值有显著影响。针对具体的覆冰导线,研究了抗弯刚度以及两种动张力计算方法对舞动幅值的影响,结果表明对于档距大于300m的大跨度结构,动张力简化前后两种情况下,抗弯刚度EI对相位、幅值的影响较小,但动张力简化方法对系统的频率、相位、幅值影响明显。     

输电导线舞动特性分析及监测系统Ⅱ

为解决传统的导线舞动监测方法安装复杂、施工难度高、监测受限、数据精度往往过低等问题,提出了基于九轴惯性组合传感监测技术,建立了输电线路舞动力学模型,对舞动线路进行受力分析。通过对导线舞动监测系统进行设计,建立了一套完整的导线舞动监测装置。现场应用和数据结果验证了该系统的可行性,与传统系统相比,九轴惯性组合传感监测系统能有效提高数据精度,提高可靠度,减小施工难度,可监测多种数据,该系统具有很好的推广前景,对提高输电线路舞动监测的实时性具有重要意义。