基于有限元法和等幾何配點(diǎn)法的覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)研究.pdf

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

2、何配點(diǎn)法對覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。具體包括以下幾個(gè)方面：
　　（1）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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和偏心覆冰作用的導(dǎo)線四自由度動(dòng)力學(xué)模型，揭示了3階非線性運(yùn)動(dòng)方程能較精確的描述輸電線路的大幅舞動(dòng)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(dǎo)線靜態(tài)構(gòu)形時(shí)的局限性，采用對導(dǎo)線精確靜力學(xué)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(dǎo)線靜態(tài)求解方法。
　　（3）針對分裂導(dǎo)線，以相鄰兩間隔棒之間的導(dǎo)線段作為子結(jié)構(gòu)，提出了一種可以考慮各子導(dǎo)線相對運(yùn)動(dòng)、氣動(dòng)載荷差異和次檔距振動(dòng)問題的分裂導(dǎo)線動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法；通過模態(tài)分析以及受均布時(shí)變載荷作用下的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析，結(jié)合ANSYS有限元軟件驗(yàn)證了該方法在研究分裂導(dǎo)線動(dòng)力學(xué)問題時(shí)的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步考慮覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)力可對舞動(dòng)問題進(jìn)行研究。
　?。?）基于有限元法，對覆冰單導(dǎo)線和三檔連續(xù)分裂導(dǎo)線進(jìn)行舞動(dòng)數(shù)值

4、模擬；單導(dǎo)線舞動(dòng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值在振幅、頻率和舞動(dòng)軌跡方面均吻合非常好，與現(xiàn)有舞動(dòng)數(shù)值模擬方法對比在扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算精度上有大幅的提升；采用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法研究了分裂導(dǎo)線的不同步舞動(dòng)現(xiàn)象，重點(diǎn)考察了分裂導(dǎo)線振動(dòng)特性以及各典型檔距位置處的舞動(dòng)振幅、動(dòng)態(tài)張力、舞動(dòng)軌跡等特征，并分析了風(fēng)速和防舞錘對覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)的影響。
　?。?）針對基于有限元法舞動(dòng)時(shí)程分析計(jì)算量較大的問題，首次將等幾何配點(diǎn)法推廣應(yīng)用于覆冰導(dǎo)線非線性動(dòng)力學(xué)問題中，研究了等幾何配

5、點(diǎn)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(diǎn)個(gè)數(shù)n對舞動(dòng)計(jì)算結(jié)果的影響，以最小的計(jì)算量得到足夠精確的穩(wěn)定舞動(dòng)解；進(jìn)一步分析了其在求解大跨度覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)問題時(shí)的優(yōu)越性。
　　本文建立了覆冰導(dǎo)線的四自由度動(dòng)力學(xué)模型，深入研究了與之相關(guān)的非線性靜動(dòng)力學(xué)問題，提出的覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)分析方法能準(zhǔn)確有效的研究單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線的舞動(dòng)問題，是對現(xiàn)有舞動(dòng)分析方法的重要補(bǔ)充和完善，能為實(shí)際輸電線路的舞動(dòng)預(yù)測和防舞控制研究提供有效的理論依據(jù)