输电线路防舞阻尼器系统参数分析及设计研究EI北大核心CSCD

针对目前覆冰导线舞动频发现状,提出了一种通过在导线靠近输电塔位置处设置阻尼器来减振耗能从而实现输电线路舞动抑制的方法。基于Hamilton原理运用多阶伽辽金函数推导得到了导线-阻尼器系统的广义运动方程,并以某750 kV单档八分裂输电线路为例进行运动方程特征值分析,得到了导线-阻尼器系统的动力特性,探索了导线的垂度参数、阻尼器安装位置、阻尼系数及刚度系数等对系统等效阻尼比的影响,阻尼器安装位置越靠近跨中,系统的最大阻尼比提升效果越明显,两侧对称安装阻尼器可以有效地减小最优阻尼系数。采用数值算例和有限元数值仿真技术比较了粘滞阻尼器与负刚度阻尼器(NSD)对导线系统的减振效果,并针对NSD提出了参数的优化设计方法。研究表明:相比传统阻尼器,NSD可以在较低阻尼系数下有效地提高系统各阶的最大阻尼比,且能够明显降低导线系统的自振频率;系统所能达到的一阶最大阻尼比对NSD安装位置的变化不敏感;通过有限元仿真证实了,基于NSD的输电导线阻尼器设置方案相较于传统阻尼器方案具有更好的防舞性能。     

大档距特高压覆冰输电线路起舞风速 TTMD控制优化研究

针对大档距特高压输电线路舞动难以防治的问题,设计了一种电涡流扭转向调谐质量阻尼器（TTMD）,并论证了相比于竖向阻尼器具有更强的适用性。从整档线路力学模型出发,推导了整档线路覆冰导线?TTMD 系统的舞动偏微分方程,选取全局形函数离散得到常微分方程,采用李雅普诺夫稳定定理计算起舞风速。建立基于遗传算法的 TTMD 防舞优化设计方法,考虑到真实环境中导线覆冰偏角存在较大的不确定性,以大范围多覆冰偏角下导线最小起舞风速为优化目标,对 TTMD 的频率比、阻尼比、质量比、安装位置、导线张力、覆冰质量等参数进行优化设计。以某 500 m 大档距特高压输电线路覆冰八分裂导线为例进行优化设计,计算结果表明：当质量比高于 0.005时,TTMD 即可有效地提高最小起舞风速;TTMD 的推荐安装位置范围为导线左侧 1/4 跨?右侧 1/4 跨;TTMD 控制效果具有良好的鲁棒性;设计 TTMD 时,应当采用较高的导线张力、较低的覆冰质量设定,以得到偏于安全的TTMD 参数设计值。     

覆冰输电线路舞动气动阻尼识别

利用覆冰导线刚性节段模型外加弹簧及配重模拟覆冰输电线路竖向及扭转运动动力特性,制作了D形覆冰单导线、新月形覆冰单导线和分裂导线竖向-扭转二自由度气弹模型,通过调整模型竖向/扭转自振频率比及风速、风攻角,于风洞中激发了D形覆冰单导线气弹模型的纯竖向和竖扭耦合失稳舞动,以及新月形覆冰分裂导线气弹模型的竖扭耦合舞动,并记录了其响应时程,通过Hilbert变换进行了竖向舞动和扭转气动阻尼的识别,研究了风速、风攻角、竖扭频率比、覆冰断面、导线数量及布置形式对气动阻尼的影响。对D形覆冰导线纯竖向舞动时根据响应识别所得气动阻尼比与根据Den-Hartog机理计算所得理论气动阻尼比进行了比较。试验结果表明：舞动时气动阻尼比为负值,在试验风速范围内其绝对值随风速增长而增大;D形覆冰导线纯竖向舞动时识别所得气动阻尼比绝对值略小于理论气动阻尼比;导线分裂数量对气动阻尼具有影响;扭转响应对竖向舞动气动阻尼的影响则较为复杂。     

一种新型防舞器及其机理研究

提出一种新型减振防舞器,利用单自由度模型研究其防舞机理。针对典型线路段,采用计算力学方法建立覆冰分裂导线和防舞器的有限元模型,结合新月形覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,对覆冰四分裂导线舞动与防舞器抑舞过程进行数值模拟,进而对该新型减振防舞器进行参数优化分析。数值模拟结果表明,该防舞器对垂直舞动的防止...     

复合阻尼索设计及减振性能试验研究

采用大垂度副索承担横向荷载效应,对主索进行多点弹簧悬挂,使主索保持近似直线状态,获得小张拉力下的主索最大弦向刚度;在主索上串联磁流变阻尼器和复位弹簧,开发出了复合阻尼索。采用塔结构模拟高耸结构,在塔与地面间安装跨度18m复合阻尼索,通过试验研究在不同的主索弦向刚度、主索在结构上不同的安装高度、及磁流变阻尼器不同输入电压下复合阻尼索对结构振动控制的效果。结果表明:复合阻尼索主索弦向刚度越大,其对结构减振效果越好;阻尼索的安装高度越高,其对高耸结构第一阶弯曲振动减振的效果越好;随着阻尼器阻尼系数的增大,结构附加等效阻尼比先增大,后减小,存在最优阻尼系数,使得结构获得最优减振效果。     

垂度阻尼索的设计及对结构减振的试验研究

高耸结构在地震、强风或其它激励的作用下易发生大幅振动甚至倒塌,由于缺少阻尼器理想的安装位置,目前直接采用阻尼器对结构进行减振的效果并不理想。垂度阻尼索利用高耸结构与地面之间的相对位移,经过放大后驱动阻尼器进行耗能减振,是阻尼器对高耸结构减振的新尝试。为了研究垂度阻尼索对高耸结构的减振性能,首先制作了黏性阻尼系数可调节的电涡流阻尼器,并通过试验结果获得其黏性阻尼系数与磁铁数量的关系;然后采用主索、电涡流阻尼器和复位弹簧制作垂度阻尼索,并对模型结构进行了减振试验。研究结果表明:垂度阻尼索对高耸结构减振的效果随主索垂度减小而增大,随阻尼器黏性系数增大而增大,为结构提供的附加阻尼比可达30%以上,远大于现有减振措施所能提供的附加阻尼比。     

惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究

为提升斜拉索被动黏滞阻尼器的减振效果,开展了阻尼器并联的惯性质量单元对斜拉索减振的增效作用试验研究。首先基于滚珠丝杠位移增效机制、两节点惯质单元"inerter"与电磁阻尼技术集成了惯性质量和阻尼系数均具有可调性的惯性质量电磁阻尼器(EIMD)样机,综合理论分析与力学性能测试建立了EIMD的力学模型;然后建立模型斜拉索-EIMD减振试验平台,通过改变EIMD的惯性飞轮转动惯量和负载电阻阻值,分别测试分析了惯性质量和阻尼参数对斜拉索面内振动前2阶模态附加阻尼比的影响规律;最后对比研究了惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度对斜拉索阻尼器的减振增效作用与机理。结果表明:随着阻尼器惯性质量的增加,斜拉索前2阶附加模态阻尼比均先增加后下降,且第2阶模态最优惯性质量小于第1阶模态;斜拉索第1,2阶模态附加阻尼比最大试验值分别达到了线性黏滞阻尼器理论最优值的2.02,4.46倍;当惯性质量无量纲负刚度系数逼近"-1"时,斜拉索减振效果提升效应最为显著;惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度均通过负刚度特性放大阻尼器的位移实现耗能增效,但惯性质量负刚度不会诱发斜拉索减振系统稳定性问题。     

新型竖向电涡流-磁力混合阻尼装置试验研究

针对大跨轻质结构的减振需要,研制了一种新型竖向电涡流-磁力混合阻尼器样机.介绍混合阻尼器的减振原理及振动方程;接着介绍了3种不同的磁路设计和制作过程;随后对样机进行试验,测量其动力参数和减振性能.结果 表明:在铜板后方和底板上方安装磁铁均能改变阻尼器的附加刚度;特定磁路设计减少电涡流阻尼系数,增大等效磁力阻尼系数和负刚...     

覆冰输电导线舞动及防舞效果分析

根据拉格朗日运动方程推导了两端固定的安装了压重或失谐摆这两种防舞器的覆冰输电导线舞动的非线性微分方程组;提出了临界风速的计算方法;采用龙格—库塔方法在时域中直接求解舞动非线性微分方程组得到舞动振幅的时间历程。以某试验导线作为算例,研究结果表明:当输电导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动可以激发横风向舞动;当风速位于某一范围之内时导线舞动的振幅比较大;导线舞动振幅随导线垂度显著变化,并存在一个最不利垂度或最不利张力使导线舞动振幅达到最大;压重防舞可以减小但不能消除导线的舞动,而失谐摆防舞器可以完全消除导线的舞动。     

覆冰多分裂导线三种TMD防舞效果对比研究

在风洞试验验证的覆冰导线三自由度运动方程基础上建立了竖向、扭转向和竖扭耦合调谐质量阻尼器和导线系统的运动方程。提出采用扭转向和竖扭耦合的调谐质量阻尼器进行舞动防治,并与竖向调谐质量阻尼器进行对比。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算导线-阻尼器系统起舞风速,采用Newmark-β法求解运动方程验证起舞风速的正确性。计算了D形覆冰6分裂导线全攻角舞动幅值,以舞动幅值最大的170°风攻角为目标风攻角,以提高目标风攻角起舞风速为优化目标,对三种调谐质量阻尼器进行参数优化,并对比研究了不同风攻角下三种阻尼器在最优参数下对于导线起舞风速提高的效果。研究表明:竖向调谐质量阻尼器在覆冰侧迎风的5°～20°风攻角下降低了起舞风速;扭转向调谐质量阻尼器使得覆冰侧迎风的0°～40°风攻角的导线起舞风速提高至10 m/s以上;竖扭耦合的调谐质量阻尼器较另外两种形式的调谐质量阻尼器具有更好的提高起舞风速的效果。     

新月形覆冰八分裂导线舞动特征研究

通过风洞试验测量得到典型新月形覆冰八分裂导线各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线。由于尾流干扰的作用,各覆冰子导线的气动特性存在明显差异。基于得到的覆冰导线的气动参数,利用ABAQUS有限元软件,模拟典型覆冰八分裂线路的舞动过程,分析得到不同档距线路在不同风速、初始风攻角以及导线初始张力等条件下的运动轨迹、振动频率、模式和幅值等舞动特征。所得结果对覆冰八分裂导线舞动特征的认识以及舞动防治技术的开发具有重要的价值。     

随机风场中覆冰四分裂导线防舞研究

针对提出的一种适用于四分裂导线的防舞装置,采用数值模拟方法研究其防舞效果。给出新月型覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,为数值模拟研究提供基本参数。采用数值方法模拟沿线路变化的多点互相关风速时程样本,进而确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷。数值模拟研究特征段线路安装防舞装置前后的运动过程,结果表明,该防舞装置可大大降低导线的运动幅值,对舞动具有有效的防止作用。     

颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器的设计与实验

石化企业中缓冲罐、管道、压力容器及换热器等圆筒形设备普遍存在振动。采用低元化模型和等效质量辨识法,对调谐质量阻尼器在此类连续系统中的振动控制机理进行研究,设计一种便于安装的新型颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器。理论推导阻尼器环向对称布置弹簧的综合刚度,测量颗粒碰撞阻尼系数,得到了最优调谐参数的阻尼器。运用MATLAB对不同阻尼比的阻尼器减振特性进行仿真,并设计悬臂钢结构圆筒模型作为振动控制对象。对结构1阶模态频率附近的振动控制情况进行实验,对比有无颗粒阻尼下的减振效果差异。结果表明,设计的颗粒碰撞阻尼器能够有效抑制圆筒设备各方向振动,且减振频带大幅度拓宽。这种环形设计思想和颗粒碰撞阻尼可以对调谐质量阻尼器提供更大的应用空间。     

随机风场中覆冰四分裂导线舞动数值模拟

摘 要: 采用数值方法研究覆冰四分裂输电导线在随机风场中的舞动问题。考虑风速随高度的变化和空间相关性,数值模拟得到随机风场,并利用典型覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角的变化,确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷,模拟研究不同档距覆冰四分裂导线的舞动。结果表明,随机风场中小档距导线的舞动模式与稳定风情况一致,而大档距时则不同,可能出现更高阶的舞动模式。因此,在研究大档距覆冰导线舞动时,考虑风场随机性是必要的。     

基于微型永电磁式涡流阻尼TMD的人行桥模型减振试验研究

针对现有结构模型减振实验用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)难以实现TMD刚度与阻尼参数完全分离、阻尼参数试验过程中无法保持恒定且难以调整问题,研制微型永磁式电涡流阻尼TMD。其性能试验与分析结果表明,微型TMD采用电涡流阻尼装置既能确保刚度与阻尼参数的有效分离,亦能实现阻尼参数稳定、简单易调。通过某大跨度人行桥模型一阶横向振动模态自由振动减振实验识别获得结构模态阻尼比及强迫振动减振实验识别获得结构模态阻尼比、结构动力响应放大倍数、结构与TMD运动相位差等,证实微型永磁式电涡流阻尼TMD用于结构模型减振实验的可行性与有效性。     

惯性耦合的三自由度导线舞动稳定性和惯性质量防舞机理EI北大核心CSCD

针对具有离散自振频率的三自由度系统,提出一种修正的矩阵摄动解方法,推导了同时考虑惯性耦合及气动刚度的特征值实部修正解。该修正解表明,考虑惯性耦合后系统稳定性与多项气动力参数相关,稳定性判断较为复杂,但在一些常见条件下可得到简化的实用判断式。以某D形覆冰六分裂导线为例,通过与数值解的对比验证了该修正解的准确性。对该修正解的分析表明,附加质量主要通过重力刚度、惯性耦合的作用改变特征值实部数值,从而影响系统的舞动稳定性,且这两种作用均存在与气动力的耦合。最后,基于该修正解对输电线路常用的双摆防舞器进行分析,结果表明针对给定风攻角的双摆防舞器能够有效抑制舞动,但若风攻角及气动力条件发生变化,则可能失去防舞效果。该修正解提供了一种分析附加质量对舞动稳定性影响机理的方法,对输电线路防舞设计具有指导意义。     

输电线路导线断线试验及数值模拟分析

通过构建连续3档输电线路段,进行了不同导线型号、不同覆冰厚度的导线断线试验,测试了不同工况下跨中点导线张力及跨中点横向位移时程,计算了不同工况下试验线路段的阻尼比,确定了不同工况下导线张力的动力冲击系数。试验结果表明,离断线位置越近,冲击效果越明显;覆冰越厚,动力冲击系数越小,无冰时的动力冲击系数明显高于覆冰时的数值。随覆冰厚度的增加,断线前初始张力逐渐增大,断线残余静态张力与初始张力的比值逐渐增大;覆冰断线时第1峰值张力大都接近初始张力。有限元模型中采用试验识别确定的阻尼比,完成了不同断线工况下的数值模拟,各个断线工况的残余静态张力和第1峰值张力与试验值基本一致,最大误差分别为5.6%和12.9%。     

基于新型轴向电涡流阻尼器的拉索多模态减振性能研究

研究了新型滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器(ball screw type axial eddy current damper, BS-ECD)对拉索的多模态减振控制效果。首先,基于单位振动周期内耗能相等的原则计算了BS-ECD等效线性阻尼系数的表达式。然后,利用等效线性化理论推导了安装BS-ECD后拉索附加模态阻尼比的表达式。以此为基础,针对拉索多模态振动控制开展了BS-ECD的参数优化设计,得到了拉索受控模态分别为1～4阶和1～8阶时BS-ECD的最优临界速度、峰值阻尼力和拉索附加模态阻尼比,并评价了其减振性能。最后,分析了减振效果对阻尼器最优参数和位移幅值变化的敏感性。分析结果表明：存在一组BS-ECD的临界速度和峰值阻尼力,可以使拉索任意两阶模态的附加阻尼比同时达到最大值;当指定阻尼器工作行程时,通过参数优化可以使BS-ECD的多模态减振效果优于线性黏滞阻尼器和非线性液体黏滞阻尼器,且减振效果对最优参数变化不敏感;与其他非线性阻尼器一样,BS-ECD提供的附加模态阻尼比也具有明显的振幅依赖性,当阻尼器的工作行程偏离设计值时,其减振效果会有较明显的降低,后续应仔细研究。     

负刚度非线性黏滞阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动线性黏滞阻尼器（LVD）对斜拉索的减振效果,本文融合被动负刚度控制技术和非线性黏滞阻尼特征,开展了负刚度非线性黏滞阻尼器（NSNVD）对斜拉索减振增效的研究。基于能量等效线性化方法获得了 NSNVD 的线性等效力学模型;采用复模态分析获得了斜拉索张紧弦模型的附加模态阻尼比的近似解和迭代解,并分别与考虑或忽略斜拉索垂度和抗弯刚度的数值仿真解进行对比,验证了能量等效线性化方法对 NSNVD 斜拉索减振系统的适用性;基于考虑斜拉索垂度和抗弯刚度的仿真解分别开展了 NSNVD 对斜拉索单模态减振效果参数分析和多模态减振效果优化研究,获得了 NSNVD 负刚度系数和黏滞阻尼指数对斜拉索单模态和多模态减振效果的影响规律。研究结果表明：NSNVD 的被动负刚度效应显著提升了斜拉索单模态减振效果,负刚度效应和非线性黏滞阻尼特征均有助于提升斜拉索多模态减振效果;与非线性黏滞阻尼器（NVD）和负刚度线性黏滞阻尼器（NSLVD）相比,NSNVD 对斜拉索具有更好的减振效果。     

覆冰四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典型覆冰四分裂导线在特定风速下的绕流问题,所得各覆冰子导线空气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得规律一致。基于数值模拟和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog系数与Nigol系数随风攻角的变化结果吻合。利用由数值模拟和风洞试验获所得气动参数,采用Abaqus有限元软件模拟典型线路段的舞动,通过舞动特性分析比较发现,利用该两组气动系数模拟得到的导线舞动特性一致,表明采用数值模拟方法确定覆冰导线的空气动力系数可用于模拟覆冰导线舞动。