發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 09:07

【摘要】：輸電線(xiàn)路在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,保證輸電線(xiàn)路的正常運(yùn)作是十分有意義的工作,電纜線(xiàn)的架設(shè)問(wèn)題也是其中之一。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)電纜線(xiàn)架設(shè)過(guò)程的研究較少,施工參數(shù)大多數(shù)都是由工程經(jīng)驗(yàn)得出的。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限元存在處理大變形、大位移運(yùn)動(dòng)時(shí)低效、不準(zhǔn)確以及難以建立準(zhǔn)確、復(fù)雜的約束等問(wèn)題,難以對(duì)電纜架設(shè)問(wèn)題進(jìn)行研究。本文將結(jié)構(gòu)有限元和絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法結(jié)合,建立了一種新型的輸電塔線(xiàn)系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型,將其應(yīng)用到電纜架設(shè)預(yù)緊和預(yù)緊時(shí)電纜線(xiàn)斷裂工況的研究。建立了空間復(fù)雜桿系輸電塔架的結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿W(xué)方程和基于絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法的電纜線(xiàn)動(dòng)力學(xué)方程;推導(dǎo)了輸電塔架和電纜線(xiàn)非線(xiàn)性耦合滑動(dòng)副、鉸接副約束方程及其雅克比矩陣,利用增廣拉格朗日乘子法建立了混合模型的輸電塔線(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。仿真結(jié)果表明:本文建立的動(dòng)力學(xué)方程具有較高的精度以及更能準(zhǔn)確地描述電纜線(xiàn)的大變形大位移和塔架電纜線(xiàn)間的非線(xiàn)性耦合約束。對(duì)張緊機(jī)對(duì)電纜線(xiàn)的作用原理進(jìn)行分析,建立了一種基于迭代求解的預(yù)緊運(yùn)動(dòng)學(xué)約束方程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)緊工況的仿真,得到了不同預(yù)緊線(xiàn)速度和預(yù)緊角度時(shí)所需的最大預(yù)緊力;介紹了系統(tǒng)存在多個(gè)滑動(dòng)副時(shí)的求解方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)存在多滑動(dòng)副情況的仿真。對(duì)預(yù)緊過(guò)程中電纜線(xiàn)斷裂的兩種工況進(jìn)行了計(jì)算,對(duì)本文方程計(jì)算斷裂時(shí)保證系統(tǒng)能量守恒的步長(zhǎng)進(jìn)行了探討,得到了輸電塔架和電纜線(xiàn)的響應(yīng),可以指導(dǎo)防護(hù)用跨越架的設(shè)計(jì)。利用模態(tài)綜合法對(duì)輸電塔架進(jìn)行自由度縮減,得到縮減后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)兩塔架兩根電纜線(xiàn)同時(shí)預(yù)緊、斷裂的工況進(jìn)行計(jì)算,將縮減后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算效率、結(jié)果和不縮減方程對(duì)比,結(jié)果表明:縮減后系統(tǒng)計(jì)算效率能大幅提高,并且能保證一定的精度;得到了可供參考的預(yù)緊力和輸電塔架響應(yīng)。
【圖文】：

圖 1-1 張力架線(xiàn)示意圖張力架線(xiàn)有如下優(yōu)點(diǎn)：架空的電纜線(xiàn)不會(huì)與地面發(fā)生摩擦損傷電纜線(xiàn)的外皮；適應(yīng)復(fù)雜地形能力強(qiáng)，可以在跨越山區(qū)、湖泊、鐵路，不影響正常的政治經(jīng)濟(jì)生活。張力架線(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化程度高，施工效率高，節(jié)省人力物力。本文主要針對(duì)張力架線(xiàn)過(guò)程中預(yù)緊工況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，分析預(yù)緊過(guò)程中輸電塔架的運(yùn)動(dòng)和電纜線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，以及在預(yù)緊過(guò)程中電纜線(xiàn)發(fā)生斷裂時(shí)輸電塔架的響應(yīng)和電纜線(xiàn)的響應(yīng)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 輸電塔線(xiàn)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀輸電塔線(xiàn)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜（桿件較多，多為超靜定結(jié)構(gòu)）、種類(lèi)多樣等特點(diǎn)。輸電塔系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容主要包括輸電塔系統(tǒng)的靜力分析、動(dòng)力分析兩方面的內(nèi)容，輸電塔的研究方法，主要包括線(xiàn)性有限元法和非線(xiàn)性有限元法。其中非線(xiàn)性有限元法也包括了桿件的幾何非線(xiàn)性和桿件材料的非線(xiàn)性。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)輸電塔線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的靜、動(dòng)力學(xué)方面的研究。Al-Bermani 采用普通薄壁梁?jiǎn)卧獙?duì)輸電塔架進(jìn)行了分析，考慮了幾何和材料

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文表 3-3 電纜線(xiàn)參數(shù)彈性模量(GPA)截面半徑(m)線(xiàn)密度(kg.m^-1)100 0.013 2.35纜線(xiàn)采用 5 個(gè) ANCF 纜索單元，ANCF 計(jì)算電纜線(xiàn)構(gòu)型如圖 3-5 所示。，可以看到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能和彈性能，0.3 秒之前動(dòng)能變彈性能變化較慢。0.3 秒之后，，動(dòng)能趨于平緩，重力勢(shì)能只要轉(zhuǎn)化為彈統(tǒng)能量守恒。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM75

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本文編號(hào)：2625840