输电铁塔振动监测传感器优化布置与结构状态参数分析

发布时间：2018-03-05 04:28

  本文选题：输电铁塔　切入点：应变模态　出处：《华北电力大学(北京)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在流体风荷载、地震荷载、极端气象载荷作用下,输电铁塔将会发生严重的振动问题,利用现代技术手段对输电铁塔的固有振动特性和动力响应进行研究有重要的理论意义和工程应用前景。本文采用实验研究和理论分析相结合的技术路线,以典型的2D-J1-27型耐张转角输电铁塔为例,研究输电铁塔结构振动的测量技术、关键塔材的受力与损伤识别等问题,主要研究成果有:1)研究输电铁塔应变模态分析方法。基于一维单元空间几何变形的力学关系,提出了一种适用于格构式输电铁塔的应变模态分析方法,对输电铁塔应变模态分布情况进行分析。2)输电铁塔应变传感器优化布置与动应变测量分析。以应变模态分析方法为基础,将有效独立法推广至输电铁塔应变传感器布置问题上,给出了一种输电铁塔动态测量的应变传感器优化布置方法,采用该方法获得了输电铁塔应变传感器测点的有效方案,并对输电铁塔应变模态进行测量分析。分析结果表明,所选测点布置合理、信噪比高,能较好地反映铁塔动应变分布状态。3)研究输电铁塔双轴加速度传感器优化布置方法。将传感器优化布置问题转化为多目标优化问题,分别建立模态置信参数、最大奇异值的比值以及模态动能等多项子目标函数,采用NSGA-II算法和多维范数优选策略得到了一种有效的传感器优化布置方案。结果表明,多目标优化方法能够有效均衡多个目标函数,在尽可能地使各目标函数均较优的情况下实现传感器优化布置。4)研究铁塔在动荷载作用下的动应变分布特性。分析铁塔风场特性,采用风谱性质随高度变化的Kaimal谱模拟风速时程,并转化为铁塔风荷载,利用有限元瞬态分析方法分析铁塔风振响应,采用输电铁塔应变模态分析方法计算了铁塔在风荷载作用下的动应变分布特性与变化规律;同时,以脱冰导地线动态张力的实验结果为基础,计算了输电铁塔在整档脱冰工况下的动应变响应。5)输电铁塔风振响应实验与模态参数识别。采用双轴加速度传感器优化布置方案进行测点布置,对铁塔进行风振响应实测,利用基于自然激励技术的特征系统实现算法并结合稳定图法分析铁塔结构模态参数,提取得到铁塔固有频率和阻尼比。6)研究低采样频率下加速度积分获得振动位移的方法。结合移动窗法,以Lagrange多项式拟合为基础,提出了一种由加速度信号积分位移的方法,推导了位移数值积分的显性表达式。通过仿真信号的模拟分析和对模型输电塔实测振动信号的分析计算,说明本文所提方法具有更高的精度。7)铁塔主材损伤识别分析。柔度矩阵构建简便,只需少数低阶模态参数即可获得较高的精度,铁塔主材损伤后,其结构柔度矩阵会发生变化,通过柔度差矩阵对铁塔损伤进行识别,分析柔度差最大列主元法中存在的“自由端效应”,影响损伤靠近铁塔顶端时的识别效果,提出了一种可以消除柔度矩阵自由端偏差的改进柔度差对角元法,并对在役输电铁塔主材进行损伤识别,较原识别方法效果更好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM75

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