输电线路舞动有限元分析

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输电导线舞动对线路的安全运行极具威胁性,给整个输电线路造成损坏,造成重大经济损失;但由于输电线路舞动特性的复杂性,人们对舞动机制还没有完全认识清楚,很难在实践中做好防治工作。为了保证输电线路在覆冰作用下的安全可靠运行,必须对输电线路舞动进行深入的研究。本文从单自由度、两自由度模型建立、三自由度非线性有限元公式推导及模型的建立、增量谐波平衡法在舞动上的应用等几方面对输电线覆冰舞动进行了研究。主要研究内容有:1)建立单自由度和两自由度力学模型,分析了输电线舞动规律。采用简化力模型,由D’Alembert原理建立微元的运动平衡方程,分别推导出单自由度和两自由度动力学方程,并自编mathematics程序验证准确性。分析表明,舞动以垂直运动为主,对于扭转刚度较小的舞动,垂直方向计算结果偏大;扭转刚度较大的,计算结果相对较为准确。2)推导了三节点索单元三维有限元模型。首先将空间中的输电线路用三结点索单元离散化,根据Hamilton原理和变分原理,推导三自由度舞动模型的位移关系,并给出输电线舞动的有限元模型的具体表达格式。最后指出传统索单元刚度矩阵比本文推导刚度矩阵偏大,造成对输电塔拉力计算值偏小。最后通过编制Matlab程序,用时间积分算法对非线性舞动方程进行求解,证明本模型的准确性。3)利用增量谐波平衡法(IHB)分析输电线路舞动问题,然后利用增量谐波平衡法求解该数学模型。首先利用增量谐波平衡法分析索在简谐荷载线性和非线性的特性,然后分析舞动问题。从计算结果可知,最终不平衡力趋于零。经分析一阶谐波值明显偏小,两阶谐波即可满足分析精度要求。增量谐波平衡法(IHB)能有效解决舞动非线性问题,分析极限环等非线性现象,与数值结果相比具有较高的精度;并能得出锁定频率区间,可分析参数变化对振动特性的影响。
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