基于有限元法和等幾何配點法的覆冰導線舞動研究.pdf

1、覆冰導線舞動是橫向風作用于非對稱覆冰導線截面產生的一種大幅低頻自激振動，通常涉及幾何相關的氣動載荷非線性和導線大幅運動產生的幾何非線性，是一種多自由度耦合的柔性結構振動問題。覆冰導線舞動的復雜性和危害性使得其一直是國際上公認的科技難題，為了防治覆冰導線舞動對輸電線路造成的危害，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，對輸電線路舞動問題的深入研究具有重要的理論意義和工程應用價值。因此本文以覆冰導線為研究對象，建立導線大幅運動的柔索模型，采用有限元法和等幾

2、何配點法對覆冰導線舞動問題進行了系統(tǒng)研究。具體包括以下幾個方面：
　?。?）將Pai和Nayfeh的傳統(tǒng)非線性索理論推廣，采用Hamilton原理建立了考慮扭轉運動和偏心覆冰作用的導線四自由度動力學模型，揭示了3階非線性運動方程能較精確的描述輸電線路的大幅舞動問題。
　　（2）針對傳統(tǒng)懸鏈線理論用于求解承受集中載荷作用下覆冰導線靜態(tài)構形時的局限性，采用對導線精確靜力學控制方程逐次積分的方法，提出了一種適用性更廣、精確度更高的

3、三檔連續(xù)覆冰導線靜態(tài)求解方法。
　?。?）針對分裂導線，以相鄰兩間隔棒之間的導線段作為子結構，提出了一種可以考慮各子導線相對運動、氣動載荷差異和次檔距振動問題的分裂導線動態(tài)子結構法；通過模態(tài)分析以及受均布時變載荷作用下的非線性動力學響應分析，結合ANSYS有限元軟件驗證了該方法在研究分裂導線動力學問題時的準確性，進一步考慮覆冰導線氣動力可對舞動問題進行研究。
　　（4）基于有限元法，對覆冰單導線和三檔連續(xù)分裂導線進行舞動數(shù)值

4、模擬；單導線舞動計算結果與實測值在振幅、頻率和舞動軌跡方面均吻合非常好，與現(xiàn)有舞動數(shù)值模擬方法對比在扭轉角的計算精度上有大幅的提升；采用動態(tài)子結構法研究了分裂導線的不同步舞動現(xiàn)象，重點考察了分裂導線振動特性以及各典型檔距位置處的舞動振幅、動態(tài)張力、舞動軌跡等特征，并分析了風速和防舞錘對覆冰導線舞動的影響。
　　（5）針對基于有限元法舞動時程分析計算量較大的問題，首次將等幾何配點法推廣應用于覆冰導線非線性動力學問題中，研究了等幾何配

5、點法的典型收斂特性和高效性；考察了不同的基函數(shù)階數(shù)p和控制點個數(shù)n對舞動計算結果的影響，以最小的計算量得到足夠精確的穩(wěn)定舞動解；進一步分析了其在求解大跨度覆冰導線舞動問題時的優(yōu)越性。
　　本文建立了覆冰導線的四自由度動力學模型，深入研究了與之相關的非線性靜動力學問題，提出的覆冰導線舞動分析方法能準確有效的研究單導線和分裂導線的舞動問題，是對現(xiàn)有舞動分析方法的重要補充和完善，能為實際輸電線路的舞動預測和防舞控制研究提供有效的理論依據(jù)