風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)振動特性及試驗研究.pdf

1、輸電塔線結(jié)構(gòu)具有塔體結(jié)構(gòu)高、跨度大和結(jié)構(gòu)柔性強(qiáng)等特點，在風(fēng)雨荷載的作用下極易發(fā)生氣動特性失穩(wěn)，導(dǎo)致振動疲勞損傷乃至倒塌破壞，嚴(yán)重制約著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)振動涉及到氣、液、固和電場力多相耦合，至今尚未對其振動機(jī)理有明確的認(rèn)識。因此為全面而準(zhǔn)確的研究風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)的振動特性，本文在試驗研究的基礎(chǔ)上，針對輸電塔線結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動力學(xué)特性分析。
　　首先，在針對輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振現(xiàn)象進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，參考和

2、借鑒了國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，提出輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振的影響因素和形成機(jī)理。結(jié)合各影響因素的參數(shù)變化，建立了輸電導(dǎo)線風(fēng)雨致振的力學(xué)模型;并利用Galerkin法和中心差分法對振動方程進(jìn)行求解，為相關(guān)理論的深入研究和模擬實驗創(chuàng)造了條件。
　　其次，針對輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振特點，自制了輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗裝置;并基于試驗和有限元分析軟件的方法對輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振實驗裝置進(jìn)行了模態(tài)分析;并從動力學(xué)的角度出發(fā)，通過調(diào)整實驗裝置某些部位的剛度和整體質(zhì)量

3、，從而改變實驗裝置的固有頻率，有效的避免了風(fēng)雨激振模擬實驗裝置正常工作時的振動現(xiàn)象。在不同荷載工況條件下，采用自制的輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗裝置對輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振進(jìn)行模擬試驗，通過試驗數(shù)據(jù)分析輸電導(dǎo)線動力響應(yīng)規(guī)律和影響因素，得到了具有典型傾角和雨線位置的輸電導(dǎo)線在不同風(fēng)速下的振動響應(yīng)，以及輸電導(dǎo)線易發(fā)生風(fēng)雨激振的風(fēng)速大小和雨線的位置。從而也驗證了風(fēng)雨激振理論力學(xué)模型和形成機(jī)理的正確性。
　　然后，在輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗的基礎(chǔ)上，利用混

4、合子結(jié)構(gòu)方法對輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振進(jìn)行數(shù)值模擬。將通過風(fēng)雨激振試驗臺實測的模型振動響應(yīng)施加到流場邊界上，通過Fluent對動邊界形成數(shù)值模擬計算，得到輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振的非定常氣動力系數(shù);將計算得到的氣動力施加到輸電導(dǎo)線模型上，發(fā)現(xiàn)利用子結(jié)構(gòu)方法得到的氣動力系數(shù)計算出輸電導(dǎo)線振動響應(yīng)與試驗結(jié)果接近，說明通過混合子結(jié)構(gòu)方法得到的氣動力系數(shù)具有較高的精度。該方法為不便于實驗獲取氣動力系數(shù)的特性振動問題研究提供了一種有效途徑。
　　最后，根據(jù)

5、以上輸電導(dǎo)線風(fēng)雨致振的分析結(jié)論，針對輸電塔振動特性進(jìn)行研究;依據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)相似準(zhǔn)則，采用一種新型設(shè)計方法制作了輸電塔結(jié)構(gòu)氣彈模型，并利用有限元分析軟件以及相關(guān)測試系統(tǒng)對其進(jìn)行動力學(xué)分析，驗證了氣彈模型的準(zhǔn)確性;利用自制的大氣邊界層風(fēng)洞試驗臺進(jìn)行了風(fēng)振試驗，分別研究了在不同風(fēng)速以及風(fēng)向角下輸電塔的位移與加速度響應(yīng)特點。研究結(jié)果表明:輸電塔順風(fēng)向和橫風(fēng)向的位移響應(yīng)均值隨風(fēng)速的增大而增加，順風(fēng)向響應(yīng)變化顯著;輸電塔順風(fēng)向和橫風(fēng)向加速度響應(yīng)隨風(fēng)