【摘要】：隨著我國電力生產(chǎn)總量和消費(fèi)總量的不斷增加,對輸送電網(wǎng)的工作穩(wěn)定性提出了更高的要求。電力拉線抱箍作為輸送電網(wǎng)最主要的附件,其穩(wěn)定性是整個(gè)電網(wǎng)安全的關(guān)鍵因素。本文針對西部寒冷地區(qū)抱箍斷裂失效現(xiàn)象,在同一批次抱箍中選擇樣本作為研究對象,開展了斷口形貌分析、化學(xué)成分分析、金相組織分析、常溫拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、彎曲(常溫和低溫)試驗(yàn)及原位拉伸等試驗(yàn),初步探明了在西北特殊工況下抱箍斷裂失效的原因;同時(shí)對電網(wǎng)拉線抱箍進(jìn)行了有限元分析,并提出了兩種抱箍結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施;最后對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的抱箍進(jìn)行了對比分析。研究結(jié)果可為電力拉線抱箍設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一定的理論參考,并對電力拉線抱箍的安全服役提供一定的理論指導(dǎo),本文主要研究工作如下:(1)選擇某西部電網(wǎng)中發(fā)生失效的批次的抱箍作為研究對象,對其就行了外觀尺寸、斷口形貌、化學(xué)成分及金相組織分析,同時(shí)進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)及原位拉伸等試驗(yàn)。抱箍在外形尺寸上均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,但斷面裂紋周邊出現(xiàn)較多的微孔,這些微孔破壞了抱箍組織(主要由珠光體和鐵素體構(gòu)成)的連續(xù)性,增加了抱箍脆斷的可能性。此外,斷裂過程中產(chǎn)生二次裂紋,可確定斷口為脆斷特征�；瘜W(xué)成分分析表明,部分抱箍試樣中C、P和S元素超標(biāo),這些元素會(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生偏析和縮孔,進(jìn)一步表明斷裂為脆性斷裂。常溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明抱箍的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均優(yōu)于Q235D鋼的指標(biāo),但其斷面收縮率和斷面伸長率變化劇烈,極值相差較大,個(gè)別試樣的斷后伸長率低于標(biāo)準(zhǔn)要求。與此同時(shí),抱箍存在鍍鋅層漏斑及表面腐蝕的情況,且材料的化學(xué)成分及在加工處理過程中帶有一定的缺陷,這些都進(jìn)一步促使材料發(fā)生斷裂。硬度試驗(yàn)表明抱箍的硬度符合Q235D材質(zhì)要求。抱箍沖擊試驗(yàn)表明,零上20度常溫沖擊試驗(yàn)部分試樣不合格,零度沖擊試驗(yàn)大部分試樣不合格,零下20度低溫沖擊試驗(yàn)全部不合格,主要因?yàn)樵撆尾牧现泻休^多的孔洞和偏析。在彎曲試驗(yàn)中,常溫環(huán)境下抱箍性能滿足Q235材質(zhì)要求。而低溫環(huán)境中鍍鋅層產(chǎn)生了開裂,抱箍不符合使用要求。最后對抱箍試樣進(jìn)行了原位拉伸試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)微裂紋首先發(fā)生在片層狀的珠光體中,隨著載荷的逐漸增加,珠光體中優(yōu)先產(chǎn)生的微孔依次連接成一片,在持續(xù)受載過程中發(fā)生斷裂。抱箍在室溫下進(jìn)行制彎操作時(shí)改變了材料內(nèi)部晶粒排列及結(jié)構(gòu),對抱箍表面硬化起到一定作用,同時(shí)導(dǎo)致抱箍在服役過程中吸收功減少,說明抱箍在生產(chǎn)過程中的制彎工藝還需進(jìn)一步改進(jìn)。(2)對服役期抱箍進(jìn)行了有限元靜力學(xué)及高周疲勞仿真分析結(jié)果表明,在靜載荷作用下,最大應(yīng)力、應(yīng)變值分布在抱箍耳部的螺孔和折彎部位,圓弧面上相對較小;螺孔處最大應(yīng)力是76MPa,最大應(yīng)變值為0.0033mm,折彎處最大應(yīng)力為32MPa,最大應(yīng)變?yōu)?.0001mm;主要形變區(qū)域分布在圓弧彎曲部位和折彎部位,圓弧彎曲部位最大形變量為0.015mm,折彎部位最大形變量為0.012mm。疲勞分析可知,抱箍在設(shè)計(jì)壽命10~6次循環(huán)載荷加載情況下完全滿足設(shè)計(jì)使用壽命要求。但螺孔處和折彎處安全系數(shù)較其他部位低,為易損位置,需進(jìn)一步增加該區(qū)域強(qiáng)度。(3)提出了兩種抱箍結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施及加強(qiáng)筋型抱箍和表面強(qiáng)化型抱箍。對優(yōu)化后的抱箍結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元仿真對比分析,兩種優(yōu)化的抱箍結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變主要分布區(qū)域與現(xiàn)役常規(guī)抱箍相同,但通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),加強(qiáng)筋型抱箍和表面強(qiáng)化型抱箍表面的最大應(yīng)力和應(yīng)變值都小于現(xiàn)役常規(guī)抱箍。因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的兩種抱箍模型強(qiáng)度更高,抗變形能力更強(qiáng)。通過形變量分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的兩種抱箍在折彎處(易斷部位)和圓弧中段的形變量整體小于現(xiàn)役常規(guī)抱箍,高周疲勞分析表明優(yōu)化后的兩種抱箍結(jié)構(gòu)可有效提高安全系數(shù)。對于加強(qiáng)筋型抱箍,加載載荷后疲勞破壞從折彎處表面向加強(qiáng)筋轉(zhuǎn)移,從而通過加強(qiáng)筋有效保護(hù)抱箍的工作部位。而對于表面強(qiáng)化型抱箍,通過表面滾壓硬化處理,增加了材料有效表面積及表面硬化層,可使折彎處抵抗疲勞破壞能力進(jìn)一步提高,較現(xiàn)役常規(guī)抱箍具有更高的強(qiáng)度與疲勞壽命。此外,在循環(huán)載荷加載作用下加強(qiáng)筋型抱箍和表面強(qiáng)化型抱箍循環(huán)使用次數(shù)都能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命10~6次。因此,對抱箍進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和表面形變硬化處理后都有助于提高抱箍強(qiáng)度和抗疲勞能力,改進(jìn)后的抱箍對外載荷有較強(qiáng)抵抗力,可有效降低抱箍受力形變。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM73;TB115
【圖文】：

輸及國防科研，以至人們?nèi)粘５纳睿繒r(shí)每刻都與電力息息相關(guān)，人類文明的向前發(fā)展對電力的依賴性變得越來越強(qiáng)�！笆濉逼陂g，我國以風(fēng)電、水電、核電及太陽能的多種新能源相結(jié)合的發(fā)電方式發(fā)展迅猛，這為我國探索未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了有力保障。截至 2016年，全國風(fēng)電全年新增裝機(jī) 1930 萬 kW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到 1.49 億 kW，占全部發(fā)電量的 4%[1]，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模已達(dá)到全球第一水平。我國常規(guī)水電裝機(jī)容量超過 3 億 kW，發(fā)電量 1.18 萬億 kW·h，占可再生能源發(fā)電量的 76%[2]。截止 2015 年 11 月，我國核電裝機(jī)容量 2535 萬 kW，占電力總裝機(jī)容量的1.75%。2015 年 1～11 月發(fā)電量 1549 億 kW·h，同比增長 29.8%，占全國發(fā)電總量的 3.02%�？梢钥闯鑫磥砗穗姲l(fā)展空間巨大[3]。2017 年我國新增光伏裝機(jī)容量 5300 萬 kW，同比增長 50%以上，連續(xù) 5 年創(chuàng)新高。光伏發(fā)電量首超 1000 億 kW·h，達(dá)到 1182 億 kW·h 以上，同比增長超過 70%，光伏發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重由 2016 年的 1.1%提高到 1.8%[4]。此外，從國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站查詢獲悉[5]，在 2012 年至 2017 年間，我國電力生產(chǎn)總量和電力能源消費(fèi)總量逐年增加，如圖 1.1 和圖 1.2 所示。

輸及國防科研，以至人們?nèi)粘５纳�，每時(shí)每刻都與電力息息相關(guān)，人類文明的向前發(fā)展對電力的依賴性變得越來越強(qiáng)�！笆濉逼陂g，我國以風(fēng)電、水電、核電及太陽能的多種新能源相結(jié)合的發(fā)電方式發(fā)展迅猛，這為我國探索未來能源轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了有力保障。截至 2016年，全國風(fēng)電全年新增裝機(jī) 1930 萬 kW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到 1.49 億 kW，占全部發(fā)電量的 4%[1]，風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模已達(dá)到全球第一水平。我國常規(guī)水電裝機(jī)容量超過 3 億 kW，發(fā)電量 1.18 萬億 kW·h，占可再生能源發(fā)電量的 76%[2]。截止 2015 年 11 月，我國核電裝機(jī)容量 2535 萬 kW，占電力總裝機(jī)容量的1.75%。2015 年 1～11 月發(fā)電量 1549 億 kW·h，同比增長 29.8%，占全國發(fā)電總量的 3.02%�？梢钥闯鑫磥砗穗姲l(fā)展空間巨大[3]。2017 年我國新增光伏裝機(jī)容量 5300 萬 kW，同比增長 50%以上，連續(xù) 5 年創(chuàng)新高。光伏發(fā)電量首超 1000 億 kW·h，達(dá)到 1182 億 kW·h 以上，同比增長超過 70%，光伏發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重由 2016 年的 1.1%提高到 1.8%[4]。此外，從國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站查詢獲悉[5]，在 2012 年至 2017 年間，我國電力生產(chǎn)總量和電力能源消費(fèi)總量逐年增加，如圖 1.1 和圖 1.2 所示。

業(yè)的穩(wěn)定長遠(yuǎn)發(fā)展。所以，確保電力安全生產(chǎn)、是每一個(gè)參與者義不容辭的責(zé)任。因此，電力安。是電力線路輸變電用構(gòu)件的總稱，大多以非標(biāo)準(zhǔn)中各類裝置，起到承載機(jī)械負(fù)荷及防護(hù)作用的金工作是保障電力安全輸送的重要部分，是電力輸件的作用線路中，一條拉線從上端電桿開始，有拉線抱箍線、UT 型線夾、地錨拉桿、地錨拉環(huán)及地錨拉地錨拉桿和拉線抱箍等屬于鐵附件[8]。本文主要研究對象，其實(shí)物如圖 1.3 所示。抱箍屬于緊固準(zhǔn)。其主要作用是用一種材料抱住或箍住另外一作用是固定電線。

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本文編號(hào)：2770089