[发明专利]一种输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析方法

说明书

一种输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析方法，包括：（1）根据实际结构，建立输电线路用铝合金材料金具的有限元模型，采用网格划分进行单元离散化，把变形体当作有限数目的单元集合，各个单元之间仅在指定节点处连接，并只通过节点传递单元之间的相互作用；（2）分片近似，小单元分析；（3）集合方程，求解方程组，通过直接迭代法和Newton‑Raphson法进行刚‑（粘）塑性有限元计算求解；（4）结果分析，按需求分析，根据求解计算的最终目的，对求解结果进行分析，达到输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析目的。本发明对于探究线路金具尤其是连接金具的材料性能，掌握其薄弱点和薄弱环节，对于提高输电线路运行稳定性具有重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及一种输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析方法，属电力线路金具技术领域。

背景技术

近年来，随着国民经济的快速发展，我国的电网在不断满足经济建设要求的过程中，得到了极大的推进，电网的电压等级不断提高，容量不断扩大；同时我国一次能源与生产力分布极不均衡，水能、煤炭资源主要分布在西部和北部，用电需求主要集中在东部和中南部经济发达地区。我国能源资源和用能分布格局，决定了“西电东送”和“北煤南运”的基本能源流向，电力供应和煤炭运输日趋紧张，电网输电压力越来越大。采用更高电压等级的直流输电方式，可实现长距离、大规模西电东送，对建设资源节约型和环境友好型电网，加快能源资源优化配置具有重要意义。

金具是输电线路工程的重要组成部分，线路金具数量多、种类杂，其性能关系输电线路的质量和长期稳定运行。其中，连接金具是线路金具中的重要构成部分，其功能是完成导线与杆塔的连接，承载机械载荷。连接金具的设计、制造工艺直接关系到输电线路整体运行的安全性与稳定性，连接金具失效导致的输电线路事故灾害时有发生。因此，探究线路金具尤其是连接金具的材料性能，掌握其薄弱点和薄弱环节，对于提高输电线路运行稳定性具有重要的现实意义。

锻造是常见连接金具的最重要的制造方式之一。锻压是利用金属材料的塑性，借助于外力作用，使材料发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸，金具锻压加工中常采用模锻、自由锻和冲压工艺。锻压性能是金属材料在锻压加工中承受塑性变形而不破裂的能力。塑性越大，则变形抗力越小，则锻造性能越好。因此，对于锻压类金具，要求其具有好的塑性。

塑性变形的有限元计算方法的基本思想是由解给定的泊松方程转化为求解泛函的极值问题，塑性成形多为大变形问题，与塑性变形量相比，材料的弹性变形量可以不予考虑，因此，在分析塑性成形过程中，最常用的塑性有限元法是刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法，前者适用于冷加工，而后者适用于热加工与应变速率敏感性材料的塑性变形过程。

发明内容

本发明的目的是，为了探究线路金具尤其是连接金具的材料性能，掌握其薄弱点和薄弱环节，提高输电线路运行稳定性，提出一种输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析方法。

实现本发明的技术方案如下，一种输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析方法，所述方法对每个单元进行单独分析，通过构建单元刚度矩阵建立起单元节点应力与单元节点位移之间的关系；将各刚度矩阵进行组合；通过刚度集成组建成系统的总体刚度方程；对于输电线路用铝合金材料金具的塑性变形分析，采用刚-塑性有限元法进行处理。

所述方法步骤如下：

(1)单元离散化，把变形体当作有限数目的单元集合，各个单元之间仅在指定节点处连接，并只通过节点传递单元之间的相互作用。

(2)对每个单元选择由相关节点量确定的函数近似描述位移或速度变量，根据相关的原理建立各物理量间的关系式。

(3)集成各单元建立的关系式，得出与有限节点相关的总体方程，求出有限节点的未知量，从而得出整体问题的近似解，如应变、应变速率、应力。

(4)根据求解计算的最终目的，对求解结果进行分析，达到最终目的。