落线高度对悬索式跨越架在断线事故下的影响分析
发布时间：2022-01-19 13:20
悬索式跨越架（简称跨越架）抵抗导线在断线事故下的冲击能力是其被考虑的重要力学性能之一,但试验危险性大、成本高,其抗冲击性能很难通过试验得到。建立导线冲击跨越架的参数化有限元模型,并通过小尺寸试验验证其可行性就显得十分必要。因此以JL1/G1A-630/45导线为研究对象,分析落线高度对跨越架抗冲击性能的影响规律。由试验得到采用桁架离散单元与罚函数接触算法、纤维绳Hyperelastic材料本构模型、以失效准则ductile damage建立损伤单元实现导线断线过程的仿真计算,仿真计算与试验结果一致性较好;由仿真分析得到的承载索与绝缘网轴向张力随落线高度增加呈近似线性增加;在落线高度由5 m增加到30 m时,弧垂变化量在5 m以内,该仿真结果对跨越架的设计与使用具有实际指导性意见并可提供近似的理论依据。
【文章来源】：噪声与振动控制. 2020,40(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验验证
初始时刻，导线在自重与两端立柱悬挂点作用下处于静平衡状态，然后将导线一端从悬挂点处释放，使其发生自由摆动。当导线自由端通过悬挂点正下方位置时，导线的变形模式为1阶弯曲模态，其开口朝左侧，导线的重力势能处于极小值状态。此后，导线继续向上摆动，这一过程中导线的动能转化为重力势能和应变能，此时导线靠近自由端的部分转动速度明显大于其他位置；导线在重力和惯性力的作用下继续向左侧摆动，直至摆动到最大高位置，由于导线自由摆动的过程中，空气阻力、转动轴的摩擦阻力、导线各铝股之间的内摩擦等多种耗散因素共同作用，导致导线最高位置小于初始的最高位置。在之后摆动变形过程中，导线在内力和重力形成的恢复力作用下开始反向回摆，其自身的弹性应变能和重力势能释放转化为动能。通过试验中导线的构型可知，导线表现出了一定的柔性。1.1.2 导线自由摆动仿真
为研究导线柔性体离散单元的类型，分别以梁单元和桁架单元对JL1/G1A-630/45导线进行自由摆动有限元数值仿真分析，仿真工况与2.1.1节中试验工况相同，经试验得到导线弹性模量为62.2 GPa，计算完成后，提取导线不同时刻的构型（如图2和图3）。从图2计算结果可得，由于梁单元能够承受横向剪力和承受弯曲变形的作用，当导线左端铰接固定，右端释放后，依靠梁单元的自身刚度承受了弯曲变形，所以导线在重力作用下作往复式的单摆运动，没有出现导线大转角和大变形的情况，显然与图1的试验结果差别很大，不符合导线柔性体的客观规律，因此，在数值模拟导线的变形过程中，不适合应用梁单元来离散导线。图3显示了桁架单元的数值计算结果，各个时刻的导线构型与图1的试验结果差别不大，显示出了导线的柔性特性。因此，在离散导线的单元选取时，应该选择桁架单元进行离散。
【参考文献】：
期刊论文
[1]悬索式跨越架用纤维绳动力学参数试验及理论研究[J]. 夏拥军,马勇,张荣旺,孟凡豪,贾宁. 噪声与振动控制. 2020(03)
[2]特高压交流变电站母线短路电流的影响因素分析[J]. 唐金锐,杨凡奇,侯婷婷,黄娟娟,邵冲,吴小珊. 中国电力. 2019(04)
[3]导线冲击悬索式跨越架的动力学分析研究[J]. 夏拥军,胡院生,万建成,贾宁. 机械设计. 2018(S1)
[4]手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析[J]. 孙非,马力,朱一辉,徐诚. 振动与冲击. 2018(13)
[5]特高压交流输电线路跨越500kV塔顶带电作业电场特性及安全防护研究[J]. 霍锋,卢威,黄道春,南敬,邱志斌,黄从鹏. 电网技术. 2019(01)
[6]特高压输电线路污闪和风偏风险实时评估与预警[J]. 赵淳,宋暾昉,彭波,吴大伟,陶汉涛,邓永清. 中国电力. 2018(04)
[7]±1100 kV/12000 MW特高压直流输电工程成套设计研究[J]. 刘泽洪,郭贤珊,乐波,付颖,祝全乐. 电网技术. 2018(04)
[8]考虑股线接触与摩擦行为的710 mm2碳纤维复合芯导线（ACCC）股线损伤分析[J]. 陈平,马勇,万建成,江明,汤广瑞,周亚傲. 摩擦学学报. 2017(05)
[9]中国特高压交流输电技术创新[J]. 刘振亚. 电网技术. 2013(03)
[10]国家电网发展模式研究[J]. 刘振亚,张启平. 中国电机工程学报. 2013(07)
本文编号：3596923
【文章来源】：噪声与振动控制. 2020,40(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
试验验证
初始时刻，导线在自重与两端立柱悬挂点作用下处于静平衡状态，然后将导线一端从悬挂点处释放，使其发生自由摆动。当导线自由端通过悬挂点正下方位置时，导线的变形模式为1阶弯曲模态，其开口朝左侧，导线的重力势能处于极小值状态。此后，导线继续向上摆动，这一过程中导线的动能转化为重力势能和应变能，此时导线靠近自由端的部分转动速度明显大于其他位置；导线在重力和惯性力的作用下继续向左侧摆动，直至摆动到最大高位置，由于导线自由摆动的过程中，空气阻力、转动轴的摩擦阻力、导线各铝股之间的内摩擦等多种耗散因素共同作用，导致导线最高位置小于初始的最高位置。在之后摆动变形过程中，导线在内力和重力形成的恢复力作用下开始反向回摆，其自身的弹性应变能和重力势能释放转化为动能。通过试验中导线的构型可知，导线表现出了一定的柔性。1.1.2 导线自由摆动仿真
为研究导线柔性体离散单元的类型，分别以梁单元和桁架单元对JL1/G1A-630/45导线进行自由摆动有限元数值仿真分析，仿真工况与2.1.1节中试验工况相同，经试验得到导线弹性模量为62.2 GPa，计算完成后，提取导线不同时刻的构型（如图2和图3）。从图2计算结果可得，由于梁单元能够承受横向剪力和承受弯曲变形的作用，当导线左端铰接固定，右端释放后，依靠梁单元的自身刚度承受了弯曲变形，所以导线在重力作用下作往复式的单摆运动，没有出现导线大转角和大变形的情况，显然与图1的试验结果差别很大，不符合导线柔性体的客观规律，因此，在数值模拟导线的变形过程中，不适合应用梁单元来离散导线。图3显示了桁架单元的数值计算结果，各个时刻的导线构型与图1的试验结果差别不大，显示出了导线的柔性特性。因此，在离散导线的单元选取时，应该选择桁架单元进行离散。
【参考文献】：
期刊论文
[1]悬索式跨越架用纤维绳动力学参数试验及理论研究[J]. 夏拥军,马勇,张荣旺,孟凡豪,贾宁. 噪声与振动控制. 2020(03)
[2]特高压交流变电站母线短路电流的影响因素分析[J]. 唐金锐,杨凡奇,侯婷婷,黄娟娟,邵冲,吴小珊. 中国电力. 2019(04)
[3]导线冲击悬索式跨越架的动力学分析研究[J]. 夏拥军,胡院生,万建成,贾宁. 机械设计. 2018(S1)
[4]手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析[J]. 孙非,马力,朱一辉,徐诚. 振动与冲击. 2018(13)
[5]特高压交流输电线路跨越500kV塔顶带电作业电场特性及安全防护研究[J]. 霍锋,卢威,黄道春,南敬,邱志斌,黄从鹏. 电网技术. 2019(01)
[6]特高压输电线路污闪和风偏风险实时评估与预警[J]. 赵淳,宋暾昉,彭波,吴大伟,陶汉涛,邓永清. 中国电力. 2018(04)
[7]±1100 kV/12000 MW特高压直流输电工程成套设计研究[J]. 刘泽洪,郭贤珊,乐波,付颖,祝全乐. 电网技术. 2018(04)
[8]考虑股线接触与摩擦行为的710 mm2碳纤维复合芯导线（ACCC）股线损伤分析[J]. 陈平,马勇,万建成,江明,汤广瑞,周亚傲. 摩擦学学报. 2017(05)
[9]中国特高压交流输电技术创新[J]. 刘振亚. 电网技术. 2013(03)
[10]国家电网发展模式研究[J]. 刘振亚,张启平. 中国电机工程学报. 2013(07)
本文编号：3596923
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