一种模拟覆冰双分裂导线舞动的数值方法

给出一种覆冰双分裂导线舞动的数值模拟方法。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迭代求解非线性方程,实现对双分裂导线舞动的数值模拟。数值模拟了垂直双分裂和水平双分裂覆冰导线的舞动,验证了方法的正确性。利用该方法能考虑由于迎风侧子导线尾流对背风侧子导线的影响而出现的作用在两子导线上的空气动力载荷不同的情况,为分裂导线舞动的深入研究提供了一种有效的途径。     

覆冰单导线舞动非线性数值模拟

为研究覆冰导线的舞动响应,针对覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的两节点索单元,建立了考虑空气动力荷载与位移和速度耦合的舞动分析有限元模型。采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法对舞动进行非线性数值求解。利用MATLAB编制了相应的计算程序。通过对算例的舞动数值模拟验证了该方法与程序的正确性;且具有较高的计算精度及效率;并利用该方法研究了风速对舞动的影响。研究结果表明在初始攻角不变的情况下,随着风速增大,导线的振幅不断增大;但导线竖向振幅增幅较大,水平向振幅增加较小;当风速增大到一定程度,竖向振幅增加开始变得不明显,振幅最终趋于稳定值。     

覆冰四分裂导线的气动特性与舞动特性

针对覆冰四分裂导线气动特性、舞动特性研究的缺乏,进行了覆冰四分裂导线风洞试验,并系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。首先进行了覆冰四分裂导线风洞试验,得到了覆冰四分裂导线的气动力系数,接着采用等效替代法得到了覆冰四分裂导线中心轴处的等效气动力系数,再结合Den-Hartog横向驰振机理分析了覆冰四分裂导线等效气动力系数的稳定区。基于Hamilton原理,推导了二自由度覆冰导线的舞动方程,并求得了气动力系数的三次拟合曲线一般表达式。根据风洞试验得到的气动力系数,系统地研究了覆冰四分裂导线的舞动特性。结果表明:由于尾流效应的存在,相同材料的子导线的气动力系数却存在明显的差异,因此考虑覆冰四分裂导线中某一根子导线的舞动特性并不能反映覆冰四分裂导线整体的舞动特性;覆冰四分裂导线开始振动时主要以z轴方向的位移为主,随后y轴方向的位移慢慢增加,振动稳定后y轴方向的位移远大于z轴方向的位移,点的运动轨迹近视为椭圆。研究结果有助于防舞、抑舞技术的开发。     

覆冰导线舞动数值仿真分析

利用ABAQUS有限元分析软件,通过欧拉梁单元的自由度释放和设置材料为不可压缩,模拟得到具有扭转自由度的覆冰导线的索单元,进一步利用用户自定义单元模拟覆冰导线所受的阻力、升力和扭矩空气动力载荷,分析了覆冰导线的舞动现象,并通过覆冰单导线与覆冰双分裂导线舞动模拟算例验证了方法的正确性。模拟研究了覆冰初始攻角、线路档距和导线初始张力等因素对覆冰导线舞动的影响规律。所得结果对覆冰导线舞动和防舞技术的研究具有一定的参考价值。     

基于曲梁理论的覆冰分裂导线舞动非线性动力分析

基于空间曲梁理论的应变-位移关系，建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型. 考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性，利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程. 采用振型叠加法将方程变换到振型空间中，并使用时间积分算法求解. 然后通过数值计算对单元无关性进行了检验，分析单元数量对覆冰导线前六阶频率的影响；此外研究了模态收敛性，分析模态截断对舞动响应的影响；最后分析了气动力对结构频率的影响. 研究结果表明，气动力对分裂导线的扭转频率有较大的影响，这准确地反映了输电线路的动态特性；另外，覆冰分裂导线混合模型用于输电线的舞动分析时具有可靠的精度，说明该混合模型可以预测输电线路的实际舞动响应，便于后续控制设计的实施.     

覆冰四分裂导线舞动过程中的次档距振动研究

采用数值方法对典型覆冰四分裂导线舞动过程做了模拟,重点分析了导线舞动过程中的次档距振动现象和特征,根据数值模拟结果探讨了覆冰四分裂各子导线之间驰振幅值和轨迹等特征的差异.结果表明,在舞动过程中,导线除整档运动外,还会发生档内振动,且各子导线舞动轨迹均存在差异.研究结论对四分裂导线驰振机理的研究及防振有一定的参考意义.     

覆冰输电线路分裂导线舞动的建模与数值模拟

针对以往在覆冰分裂导线舞动的理论模型中缺少对分裂导线扭转刚度进行分析的问题,提出了一种改进的舞动分析模型.将分裂导线等效为单导线,在现有的对单导线舞动建模研究的基础上,采用假设模态法,利用Hamilton变分原理建立了覆冰导线在垂直、水平和扭转方向的动力学模型.考虑到分裂导线和单导线在扭转刚度上的不同,引入了一种分裂导线扭转刚度的计算方法,推导出分裂导线固有频率的计算公式,并将它们应用到所建模型中,使模型能够分析覆冰分裂导线的舞动,用经典Runge-Kutta法对模型进行求解,从而实现了对覆冰分裂导线的数值模拟.以中山口大跨越分裂导线舞动作为实例,由所建立的模型得到的数值模拟结果与实际观测值基本一致,从而验证了模型和数值模拟方法的准确性.     

覆冰八分裂导线舞动过程中的次档距振动研究

通过数值分析的方法分析了八分裂导线的次档距振动现象和特征,对比数值模拟结果,寻找各子导线间的运动轨迹及舞动幅值的异同。结果表明覆冰八分裂输电线路各子导线在不同风速下舞动的方向均相同,但因受尾流干扰和气动载荷的影响,子导线在不同的风速下振动的幅值不相同,其舞动时程图极限为一个斜椭圆形。可见覆冰八分裂导线舞动过程中的次档距振动,可能会导致子导线发生碰撞,从而对特高压输电线路的安全运行造成危害。研究结果为特高压输电线路的舞动原理的研究和防振提供参考。     

覆冰分裂导线扭转刚度研究

因分裂导线覆冰而导致的扭转刚度变化是舞动发生的重要原因之一,为了有效防治输电线路舞动,研究覆冰分裂导线扭转刚度很有必要.提出了一种考虑覆冰偏心的覆冰分裂导线扭转刚度计算方法,分析了覆冰对扭转刚度的影响.计算结果表明:覆冰导线的扭转刚度随覆冰量的增大而增大;常见易引发舞动的冰形中,扇形覆冰的偏心影响最大;覆冰偏心对扭转刚度有影响,初始结冰角越大,扭转刚度越大;覆冰导线在顺时针与逆时针的扭转刚度受覆冰偏心的影响基本相同,但临界扭转角和临界扭矩不同;不均匀覆冰会对分裂导线的扭转刚度产生显著影响.所得结果可为舞动的防治提供参考.     

架空输电线的找形及舞动分析

提出一种高效率的多跨度架空输电线覆冰舞动的简化有限元分析方法.基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,建立用弹簧代替塔对输电线作用的弹簧-输电线模型,给出了考虑初始架线构型和覆冰荷载的混合找形法,利用CFX数值风洞技术对覆冰导线各攻角下气动特性进行CFD数值模拟得出升力系数曲线,进行了多跨度架空输电线的简化舞动分析和有效性验证.基于本方法对1 000kV汉江大跨越架空导线的覆冰舞动进行了仿真计算,得出风速和初始凝冰角控制舞动发生的结论.     

考虑多种因素的覆冰输电线舞动的有限元分析

采用梁单元模拟覆冰输电线,利用Newmark时间积分和Newton-Raphon非线性迭代法求解有限元方程,编写了相应的有限元程序,通过有限元软件ANSYS计算并验证了方法和程序的正确性.研究了风速、和档距长度对舞动幅值及导线舞动过程中张力的影响,同时探讨了攻角对舞动的影响,得出了一些重要规律,为导线舞动的预防及减小舞动的幅值提供了依据.     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

覆冰导线驰振时其极限环幅值反馈控制

首先推导了单档覆冰导线面内驰振运动方程,接着进行了风洞试验,得到了导线的三分力气动参数。利用多尺度法分析了导线的极限环,引入线性反馈控制函数、二次非线性反馈控制函数以及三次非线性反馈控制函数对导线驰振时所产生的极限环进行控制,最后通过具体的数值算例进行验证。结果分析表明：线性反馈控制函数与三次非线性控制函数皆能有效的控制导线的幅值,但二次非线性控制函数对导线的幅值不起控制效果。针对具体的覆冰导线,选取合适的反馈控制函数能使得导线发生驰振运动时的幅值大幅降低,能保证工程结构的稳定性和安全性。     

考虑电磁力影响的四分裂导线舞动

导线舞动是输电线路的一种低频、长时间的流固耦合现象。舞动通常会造成线路的严重破坏,特别是在高压多分裂导线架空输电线路,舞动现象会更加复杂。虽然现有研究已经提出了一些简化的导线舞动理论;但输电线路的舞动行为仍然需要进一步分析,这主要取决于线路运行工况的细化分析。采用精细有限元法计算了四分裂导线间的电磁力,得到了一种考虑电磁力影响的四分裂导线舞动数值模拟方法。此外,重点研究了电流强度对典型四分裂输电导线舞动特性的影响,包括舞动轨迹、频率、舞动模式和振幅。同时,进一步分析了在不同档距和风速下,考虑电磁力影响的四分裂输电导线舞动特征。结果表明,电磁力对线路的导线舞动行为有明显的影响。因此,有必要考虑导线舞动过程中的电磁力影响。     

结冰分裂导线舞动短路分析

针对结冰分裂导线舞动短路问题,从功能的角度提出了一种分析方法.在正弦模态的假设下,根据功能关系导出了结冰分裂导线舞动振幅经历一个周期增量的表达式,由此导出了结冰分裂导线舞动短路判据.舞动振幅增量的表达式说明了作用在结冰分裂导线上的气动力的线性项与非线性项在舞动振幅不同阶段的作用.结果显示:当振幅较小时,气动力非线性项对应的功较小,振幅增长较慢;当振幅较大时,气动力非线性项对应的功成为气动力的功的主要部分,振幅增长较快.因此,在舞动短路分析中,必须考虑气动动力非线性.     

多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响

为研究多尺度法与平均法对新月形覆冰导线舞动特性的影响,首先进行了覆冰单导线风洞试验,得到了覆冰单导线的气动力系数,接着建立了单档覆冰导线数学模型,推导了覆冰导线的舞动方程,再结合风洞试验所得的气动系数研究了覆冰导线的舞动特性。应用多尺度法研究导线的舞动特性,接着再应用平均法研究导线的舞动特性,最后对比两种定量分析方法对导线舞动特性的影响。结果表明：多尺度法与平均法所得的位移时程曲线基本吻合,相平面图基本重合;多尺度法计算过程繁杂,平均法计算过程简单。可见对于单自由度覆冰导线的舞动特性研究平均法应首选。