架空线路绝缘子串动态风偏响应的敏感度特性EI北大核心CSCD

绝缘子串动态风偏响应敏感度可以展现风偏摆动幅值随设计参数的变化规律,有利于设计人员的理解和使用。为探究绝缘子串动态风偏响应敏感度特性,通过导线摆动固有频率不变原则提出能充分表征架空线路风偏运动的导线等效模型,建立了绝缘子串和架空导线耦合风偏运动的两自由度动力学模型;以幅频特性曲线与脉动风速谱各自峰值为切入点,运用风偏响应均方值分析了绝缘子串风偏幅值对线路结构和风速的敏感度,提出了动态风偏响应敏感风速的表达式。研究发现:绝缘子串风偏响应均方值与线路垂平比呈正比例关系,平均风速为敏感风速时绝缘子串风偏摆动最为剧烈,架空线路设计时应合理地选择线路结构使绝缘子串风偏敏感风速避开当地的卓越风速,从而降低线路发生风偏闪络的可能性。     

考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法

针对连续多跨输电线路在瞬态风场作用下的风偏问题,提出考虑气动阻尼效应的输电线路风偏动态分析方法。以500 k V三跨线路为对象建立精细化非线性动力学计算模型,用谐波叠加法构建整档线路各点脉动风速场并结合准定常假设模拟作用于输电线路的时变风荷载。考察由输电线路自身运动引起的气动阻尼对动态风偏响应影响,讨论其对绝缘子串风偏角频谱影响。采用美国输电线路设计规范ASCE No.74的气动阻尼进行导线风偏计算,并与所提方法比较。结果表明,输电线路气动阻尼对风偏动态响应影响显著,两种考虑气动阻尼方法计算结果较接近。     

绝缘子串风偏角风荷载调整系数的研究

利用ABAQUS有限元软件对具有不同档距、高差和离地面高度的特征段线路在不同平均风速的随机风场作用下的风偏响应进行时程分析,得到了特征段线路中悬垂绝缘子串下端点的风偏响应时程曲线,进一步得到风偏角的统计值。通过对现行设计规程中风偏角计算公式的分析,提出通过引入风荷载调整系数对风偏角计算公式进行修正的方法。结合数值模拟结果,给出了输电线路在不同档距、高差和离地面高度情况下,计算悬垂绝缘子串风偏角时的风荷载调整系数的取值。该文采用数值模拟方法研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题。     

连续档导线动刚度计算及模型简化EI北大核心CSCD

为了揭示输电线路舞动时各档导线之间的相互影响,以绝缘子串及单档导线为子结构,建立了谐波激励下连续档导线运动的微分方程。通过子结构的力和位移连续条件求解方程,提出了连续档输电线动刚度的计算方法。结合有限元方法验证了连续档输电线动刚度计算方法的准确性。结果表明,当动刚度出现极大值时,谐波激励频率和该连续档导线的自振频率相同,依据这一结论可以获取连续档导线的自振频率。同时,以此为基础讨论了将连续档导线等效为弹簧-质点的可能性,具体算例表明在保证两者之间静刚度和频率相同时,通过调整弹簧刚度比和阻尼可以使两者之间的动刚度曲线一致。     

连续档导线动刚度计算及模型简化

为了揭示输电线路舞动时各档导线之间的相互影响,以绝缘子串及单档导线为子结构,建立了谐波激励下连续档导线运动的微分方程。通过子结构的力和位移连续条件求解方程,提出了连续档输电线动刚度的计算方法。结合有限元方法验证了连续档输电线动刚度计算方法的准确性。结果表明,当动刚度出现极大值时,谐波激励频率和该连续档导线的自振频率相同,依据这一结论可以获取连续档导线的自振频率。同时,以此为基础讨论了将连续档导线等效为弹簧-质点的可能性,具体算例表明在保证两者之间静刚度和频率相同时,通过调整弹簧刚度比和阻尼可以使两者之间的动刚度曲线一致。     

500 kV输电线路跳线风偏有限元分析与试验研究

为了解输电线路跳线的风偏特性,以指导跳线的合理布置,从而减少由跳线风偏引起的闪络跳闸事故的发生,对某500 kV输电线路的跳线进行有限元风振响应分析和风洞试验研究。首先,运用时域有限元分析方法对500 kV输电线路跳线的风振响应进行分析,研究了不同风速、不同风向角以及加装悬垂绝缘子串对跳线风偏特性的影响。然后,基于相似性理论制作了500 kV输电线路跳线的气弹模型,开展了风洞试验并与有限元分析结果进行对比验证。结果表明：输电线路跳线的风偏位移随风速和风向角的增大而增大,与风速呈正比例函数关系;随着风向角的增大,跳线风偏角的增大幅度减小;加装悬垂绝缘子串可有效抑制跳线风偏。分析得到的输电线路跳线风偏结果可为跳线的风致振动理论研究以及实际输电线路建设提供依据。     

500kV超高压输电线路风偏数值模拟研究

该文采用数值模拟方法研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题。根据架空输电线路的结构和运动特征,在ABAQUS/CAE中建立一500kV超高压特征段线路的多体模型。采用考虑随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport相干函数,利用谐波分解法(WAWS)数值模拟线路的风场。进而采用ABAQUS软件对模型进行时程分析。基于时程分析得到的风偏角的统计结果,讨论现行架空高压输电线路杆塔塔头设计中风偏角计算方法的不足,指出计算悬垂绝缘子串风偏角时,风压的计算应引入考虑风动态特性的风荷载调整系数。     

输电线⁃绝缘子体系三维抖振响应的时/频域理论方法研究

强风作用下往往产生大变形的非线性动力抖振响应,是导致电力网络风偏闪络和支撑杆塔风灾破坏的主要原因。为了揭示强风作用下输电线路风效应形成机理,以典型两跨输电线?绝缘子为研究对象,以绝缘子的风偏位移和杆塔对绝缘子端部的空间支座反力响应为考察重点,基于索结构力学,给出了静力平均风偏状态的非线性解,并考察了体系在风偏状态下模态、气动阻尼等动力特性的变化;推导了响应的影响线函数及模态参与系数表达式,提出了线性时域动力响应的计算方法;进而依据风工程理论,给出了脉动风振响应背景分量和共振分量的频域表达式;采用典型算例,通过与非线性有限元模型结果进行分析比较。结论表明,提出的三维振动时/频域理论模型及参数计算取值方法具备足够的工程效率和精度。研究为揭示输电线路风灾的破坏机理,完善输电线路结构的抗风设计提供了重要的理论基础和计算方法。     

鼓型塔输电线路绝缘子破坏非线性动响应分析

为了研究绝缘子破坏失效对鼓型塔输电线路结构的受力影响,建立了输电线路耐张段的非线性耦合体系模型,通过导线找形非线性静力计算确定了耐张段的初始平衡状态.采用瞬态动力分析方法计算了绝缘子破坏失效危险工况下的输电线路耦合体系非线性动响应.分析结果表明,上横担一组绝缘子破坏失效后,破坏档未破坏端导线的张力超过了技术规程中的设计值;导线的跌落对破坏档未破坏端的上横担绝缘子受力有较大的影响,而对上横担铁塔杆件没有明显的影响;考虑杆塔断线荷载时,应增大两分裂以上导线纵向不平衡张力的下限值;在架空送电线路的设计中应该考虑绝缘子断裂的荷载工况.研究成果可为输电线路结构设计提供理论依据.     

基础与筏体弹性对双层隔振系统冲击响应的影响

综合采用多刚体动力学、结构动力学、动态子结构理论,同时考虑筏板和基础的弹性,建立一个双层隔振系统的动力学新模型,编程计算了筏板、基础板取不同阶模态时系统的固有频率,并通过与有限元计算结果对比,验证理论模型的正确性。采用数值仿真方法,分析基础与筏体弹性对双层隔振系统冲击响应的影响。仿真结果表明,隔振系统的合理建模可在保证计算精度的基础上,减少分析计算的工作量,有关结论可为工程实践中双层隔振系统的计算与分析提供参考。     

输电线断线振荡研究

针对采用拟静力法不能计算输电线路断线动态张力的缺点,利用显式动力有限元方法研究了输电系统线路断线的振荡响应。研究表明:在邻近断线档绝缘串下端的动、静位移以及不平衡力响应较大,远离断线档迅速衰减;线路的动态张力峰值是初张力的1.5倍―2.5倍,且离断线档越远,放大作用越大;线路的静态张力是初张力的0.26倍―0.95倍,且离断线档越远,卸载作用越小。该文还研究了初张力、档距和绝缘串长度对断线响应的影响。     

索杆梁耦合结构分析模型及其应用研究

为了研究索杆滑动连接特性对索杆梁耦合结构受力的影响,定义了由一个通过滑动节点连接的三节点活动滑移索单元和多个两节点非活动滑移索单元组成的单元组,基于更新拉格朗日法推导了三节点直线型滑索单元几何非线性刚度矩阵,并建立了输电线路索杆梁耦合结构有限元模型。通过高压架空输电线路耐张段的非线性静力调索分析验证了耦合结构模型的可行性,探讨了耦合结构在导线发生断裂失效后的动响应变化规律及其传播特性。计算结果表明,导线静态张力与规范设计参数相差较小,可用于后续分析。考虑滑移的导线张力在导线断裂初期有短暂增加的趋势。导线断裂对邻近绝缘子和铁塔横担杆件的受力有明显的影响,且动响应的传播会导致邻近塔的导线张力增加。     

重冰区导线断线响应及荷载取值分析

通过建立连续7档导线—绝缘子有限元模型,考虑导线与地面接触、导线阻尼、分裂数和子间隔棒等因素的影响,分析了不同工况下导线的断线响应。有限元计算结果与试验结果基本一致,验证了分析模型的合理性。考虑地面接触前后断线张力计算结果基本一致。子导线未全部断裂时,有子间隔棒模型计算得到的断线张力远小于无子间隔棒模型。对于悬垂型杆塔,静力分析得到的20mm、30mm冰区断线张力取值略小于规程规定下限值,其余冰区计算值比规程规定下限值高约10%。动力分析时假定八分裂导线断4根子导线,悬垂型杆塔断线张力计算值小于规程规定值。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

覆冰脱落对输电塔线体系的动力冲击作用研究

当架空输电线路发生输电线覆冰脱落时,将会对导线、地线、绝缘子、杆塔构件以及整个输电塔产生动力冲击作用。采用有限元数值模拟方法,建立四塔五线的塔线体系模型,模拟覆冰和脱冰现象,获得输电塔线体系的脱冰响应。计算结果表明:覆冰脱落使得邻近的导线产生低频舞动,绝缘子发生大幅摆动,输电塔部分杆件出现较大的峰值应力。同时使输电塔基底剪力、基底弯矩等大幅增加,并且越靠近脱冰档的杆塔,受到的冲击作用越大。     

基于LifeMod的人枪系统模型连续射击动力学仿真研究

基于多刚体动力学软件ADAMS及人体生物力学软件Life Mod,建立了人枪系统的动力学仿真模型。通过ADAMS动力学仿真分析,获得人体在连续冲击下的动力学响应。根据试验获得的人体主动态参数,提出了一种在腰部关节添加驱动力的主动态仿真模型。仿真结果表明,采用所提新模型的仿真结果与试验结果一致性良好,反映了射击时人体主动态的真实情况。该模型真实可信,对研究射击时人体在连续冲击下的主动态动力学响应具有重要意义。     

风载荷作用下V形绝缘子串的力学特性分析

架空输电线路在特定的风载荷作用下，其不同构件、部位的受力情况大不相同，严重时会导致输电塔线体系发生失稳乃至绝缘子串断裂，极大地影响电网运行安全。为此，以云南某山区的架空线路为研究对象，利用ANSYS有限元仿真软件，对复合绝缘子芯棒进行各向同性、各向异性特征值屈曲分析。构建了新型四联V形绝缘子串，引入系数P_h/G_v（水平载荷/垂直载荷），对比分析双联和四联V形绝缘子串在不同风载荷作用下的力学特性，对其迎风侧和背风侧的变形、最大应力及最低点水平位移进行研究。结果表明：当P_h/G_v=2.34时，V形绝缘子串背风侧的最大应力最小；随着P_h/G_v的增大，相对于双联V形绝缘子串，四联V形绝缘子串的应力变化曲线更加平缓，其最低点水平位移更小；V形绝缘子串与竖直平面的夹角为10°~30°时，角度越小，其整体性能越稳定。研究结果为V形绝缘子串的设计改进提供了有力的依据，具有较强的工程参考价值。     

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。     

连续档覆冰八分裂导线舞动特征数值模拟研究

利用非线性有限元方法建立多档覆冰八分裂导线的数值模型,模拟研究线路在不同参数下的舞动。基于导线动力特性和舞动特征,分析连续档线路在不同风速、档距、档数下的舞动模式、频率特性、振动幅值和轨迹,并与孤立档线路的舞动特性进行比较。结果表明,连续档线路各档的舞动特征有明显差异,且连续档线路与孤立档线路之间也存在较大差别,故在研究导线舞动防治技术时应把这些差异考虑在内。     

架空输电导线不均匀脱冰跳跃高度计算

输电线覆冰在升温、自然风或人为外力作用下会发生覆冰整档或一档内部分位置脱冰，引起输电线跳跃，导致导线相间或导地线间闪络、线路跳闸、断股断线以及输电塔失稳倒塌等事故，严重威胁电力系统安全。参照实际750 kV输电线路工程，建立连续档分裂导线有限元模型，分析档数、档距、高差、覆冰厚度、风速、脱冰率和绝缘子串长度等因素对导线均匀和不均匀脱冰跳跃高度的影响；讨论均匀和不均匀两种脱冰方式下导线脱冰跳跃高度之间的联系，定义不均匀脱冰时发生脱冰的导线长度为换算档距；对比现有导线冰跳高度计算公式的准确性，提出不均匀脱冰跳跃高度系数。结果表明：当脱冰荷载相同时，不均匀脱冰引起的脱冰跳跃高度更大；不均匀脱冰时冰跳高度与换算档距下完全脱冰的冰跳高度存在一定比例关系；建立了导线均匀脱冰和不均匀脱冰跳跃高度计算公式，所提均匀脱冰跳跃高度计算公式的最大相对误差为11.8%,不均匀脱冰跳跃高度计算公式相对误差大于10%的结果仅占结果总数的13.2%,计算精度较高，有助于线路设计时确定相地或相间安全间隙。