【摘 要】
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作为整个电力系统的重要组成部分,输电导线的地位可谓举足轻重。输电线路常常处于复杂的服役环境中,易于遭受强烈环境荷载的作用,尤其在我国沿海地区时常发生输电线路风灾事故,造成巨大的经济损失。因此,如何计算输电导线在强风下的非线性风振响应,以及对风振响应进行减振控制则显得尤为重要。本文首先对本课题的研究背景与意义、输电导线的计算理论研究现状、动力吸振器的研究现状和输电导线减振控制研究现状进行了简要介绍。
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作为整个电力系统的重要组成部分,输电导线的地位可谓举足轻重。输电线路常常处于复杂的服役环境中,易于遭受强烈环境荷载的作用,尤其在我国沿海地区时常发生输电线路风灾事故,造成巨大的经济损失。因此,如何计算输电导线在强风下的非线性风振响应,以及对风振响应进行减振控制则显得尤为重要。本文首先对本课题的研究背景与意义、输电导线的计算理论研究现状、动力吸振器的研究现状和输电导线减振控制研究现状进行了简要介绍。输电导线作为一种典型的悬索结构,其常用的计算方法有解析法与有限元法两类,随着有限元理论的发展以及计算手段的提高,有限元法已成为较为普遍的选择。本文对有限元法中常用的几种有限元模型进行了总结,对比几种不同有限元模型的特点,综合考虑计算精度以及计算效率,最终选择三节点等参索单元作为后续计算的有限元模型,对三节点等参索单元的切线刚度矩阵进行了详细推导,并介绍了有关等效节点荷载和边界条件的处理方法。本文以三节点等参索单元模型为基础,建立了输电导线的动力特性与动力响应求解方法。输电导线的动力响应求解方法为:在整个荷载作用时间内,利用Newmark-β法进行动力时程分析,同时在每一个时间步上基于Newton-Raphson法与增量法对非线性平衡方程进行求解。本文采用MATLAB语言编写了求解输电导线动力特性与动力响应的计算程序,并以实际输电线路为工程背景,计算了算例中的输电导线的动力特性与动力响应,并对计算结果进行了分析。本文基于传统吸振器的理论原理,同时考虑输电导线的结构特点和减振装置对使用环境的适应性,分别提出了一种改进型调谐质量阻尼器(TMD)和一种改进型液柱式振动吸振器(LCVA)。首先分别推导了TMD减振装置与LCVA减振装置的力学模型,随后建立了基于改进型动力吸振器的动力分析模型和分析方法。以某实际输电导线为工程背景,研究了TMD减振装置和LCVA减振装置对强风作用下输电导线响应的减振控制效果。本文分别对TMD减振装置的质量比μ、频率比λ和阻尼比ξ,以及LCVA减振装置的质量比μ、频率比λ和阀板开洞率α等参数进行了系统的参数研究,得到了这些参数对减振装置减振效果的影响规律,并最终确定最优参数。
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