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在全球范围内,从输电网建设的一开始,输电线路覆冰与脱冰事故便随之逐渐突显。一直以来,无论是通过理论分析、现场试验,还是计算机仿真等方法,国内外相关研究人员都未曾停止对该问题的研究工作。在取得许多有效成果的同时,也凸现一些不足之处。鉴于同塔双回输电铁塔的力学特性在覆冰及脱冰状况下,尤其是一些特殊的脱冰状况下,随冰厚的变化规律的相关研究尚不足,本文以大型通用有限元分析软件ANSYS为研究平台,以实际输电线路塔线为研究对象,建立了塔线体系有限元模型,并展开了不同覆冰与脱冰状况下,输电铁塔的力学响应分析研究。
首先,在详细分析了输电线路各重要组成部分的有限元模拟单元后,分别建立了铁塔、导地线以及绝缘子串等的有限元模型,同时处理了各模拟单元的连接方式,完成了输电塔线体系有限元模型的建立。
其次,考虑并分析了自立式输电铁塔的几何非线性问题,并结合ANSYS分析软件对该问题进行了合理解决,完成了导地线的自重与冰重找形分析,依据相关标准完成了本文仿真模型的荷载类型分析及荷载计算与施加。
再次,以所建立的塔线体系有限元模型为研究对象,设计了43种覆冰模拟工况,针对各覆冰状况下同塔双回输电铁塔的受力响应进行了仿真计算,记录了铁塔主要构件角钢的共361个应力值,同时分析了各应力值与覆冰厚度及风速之间的数学关系,通过函数拟合发现,各应力值呈指数函数规律增长,同时给出了各拟合函数公式及拟合曲线图。
最后,以所建立的塔线体系有限元模型为研究对象,考虑到同塔双回输电线脱冰方式存在一定的特殊性,本文模拟了4种同塔双回输电线脱冰状况,并对同塔双回输电铁塔在相应状况下的力学特性进行了详细地分析,记录了共301个主要应力值,通过分析找出了其同覆冰厚度之间的数学规律,并进行了相应的函数拟合,给出了拟合公式及曲线图。