【摘要】：輸電線路在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,保證輸電線路的正常運作是十分有意義的工作,電纜線的架設(shè)問題也是其中之一。目前,國內(nèi)外對電纜線架設(shè)過程的研究較少,施工參數(shù)大多數(shù)都是由工程經(jīng)驗得出的。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限元存在處理大變形、大位移運動時低效、不準確以及難以建立準確、復(fù)雜的約束等問題,難以對電纜架設(shè)問題進行研究。本文將結(jié)構(gòu)有限元和絕對節(jié)點坐標法結(jié)合,建立了一種新型的輸電塔線系統(tǒng)耦合動力學(xué)模型,將其應(yīng)用到電纜架設(shè)預(yù)緊和預(yù)緊時電纜線斷裂工況的研究。建立了空間復(fù)雜桿系輸電塔架的結(jié)構(gòu)有限元動力學(xué)方程和基于絕對節(jié)點坐標法的電纜線動力學(xué)方程;推導(dǎo)了輸電塔架和電纜線非線性耦合滑動副、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系統(tǒng)動力學(xué)方程。仿真結(jié)果表明:本文建立的動力學(xué)方程具有較高的精度以及更能準確地描述電纜線的大變形大位移和塔架電纜線間的非線性耦合約束。對張緊機對電纜線的作用原理進行分析,建立了一種基于迭代求解的預(yù)緊運動學(xué)約束方程,實現(xiàn)了對預(yù)緊工況的仿真,得到了不同預(yù)緊線速度和預(yù)緊角度時所需的最大預(yù)緊力;介紹了系統(tǒng)存在多個滑動副時的求解方法,實現(xiàn)了對系統(tǒng)存在多滑動副情況的仿真。對預(yù)緊過程中電纜線斷裂的兩種工況進行了計算,對本文方程計算斷裂時保證系統(tǒng)能量守恒的步長進行了探討,得到了輸電塔架和電纜線的響應(yīng),可以指導(dǎo)防護用跨越架的設(shè)計。利用模態(tài)綜合法對輸電塔架進行自由度縮減,得到縮減后的系統(tǒng)動力學(xué)方程。對兩塔架兩根電纜線同時預(yù)緊、斷裂的工況進行計算,將縮減后的系統(tǒng)動力學(xué)方程的計算效率、結(jié)果和不縮減方程對比,結(jié)果表明:縮減后系統(tǒng)計算效率能大幅提高,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 張力架線示意圖張力架線有如下優(yōu)點：架空的電纜線不會與地面發(fā)生摩擦損傷電纜線的外皮；適應(yīng)復(fù)雜地形能力強，可以在跨越山區(qū)、湖泊、鐵路，不影響正常的政治經(jīng)濟生活。張力架線機械自動化程度高，施工效率高，節(jié)省人力物力。本文主要針對張力架線過程中預(yù)緊工況進行動力學(xué)建模，分析預(yù)緊過程中輸電塔架的運動和電纜線的運動，以及在預(yù)緊過程中電纜線發(fā)生斷裂時輸電塔架的響應(yīng)和電纜線的響應(yīng)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 輸電塔線系統(tǒng)研究現(xiàn)狀輸電塔線系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜（桿件較多，多為超靜定結(jié)構(gòu)）、種類多樣等特點。輸電塔系統(tǒng)的研究內(nèi)容主要包括輸電塔系統(tǒng)的靜力分析、動力分析兩方面的內(nèi)容，輸電塔的研究方法，主要包括線性有限元法和非線性有限元法。其中非線性有限元法也包括了桿件的幾何非線性和桿件材料的非線性。國內(nèi)外許多學(xué)者對輸電塔線系統(tǒng)進行了大量的靜、動力學(xué)方面的研究。Al-Bermani 采用普通薄壁梁單元對輸電塔架進行了分析，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 電纜線參數(shù)彈性模量(GPA)截面半徑(m)線密度(kg.m^-1)100 0.013 2.35纜線采用 5 個 ANCF 纜索單元，ANCF 計算電纜線構(gòu)型如圖 3-5 所示。，可以看到運動過程中，重力勢能轉(zhuǎn)為動能和彈性能，0.3 秒之前動能變彈性能變化較慢。0.3 秒之后，，動能趨于平緩，重力勢能只要轉(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM75

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本文編號：2625840