[发明专利]基于Isight软件的电网支柱瓷绝缘子材料匹配优化方法

说明书

本发明公开了一种基于Isight软件的电网支柱瓷绝缘子材料匹配优化方法。本发明基于热‑结构耦合数学模型建立支柱瓷绝缘子有限元数值仿真模型，计算分析静力载荷作用下瓷柱的最大主应力分布情况；基于Isight优化平台，以瓷柱最大主应力S1为优化目标，对三相材料(瓷柱、金属附件与水泥)参数(弹性模量、泊松比与温度线膨胀系数)匹配进行了优化，得出优化后的材料匹配参数。本发明的方法可使瓷柱最大主应力S1下降了40％左右，实现材料匹配优化的目的。

技术领域

本发明涉及电网支柱瓷绝缘子领域，具体地说是一种基于Isight软件的电网支柱瓷绝缘子材料匹配优化方法。

背景技术

电网高压支柱瓷绝缘子作为高压隔离开关的重要组成部分，起着电气绝缘和机械支撑的作用。当在高电压工况、触指/触头长期开合以及恶劣环境等因素综合作用下，支柱瓷绝缘子的性能将显著下降，加之瓷绝缘子本身可能存在着质量问题，因此很容易发生断裂事故，尤其以支柱瓷绝缘子法兰断裂故障最多。

现有研究认为支柱瓷绝缘子断裂的内因是瓷绝缘子本身存在缺陷，外因是运行中的支柱瓷绝缘子所受弯曲应力过大和外界恶劣环境。目前国内外对高压支柱瓷绝缘子的研究以电学性能居多，至于其力学特性，通常关注水平拉力或风力作用下瓷绝缘子的弯曲强度，且分析时常引用经验值，对结构参数的影响分析不够深入。

通常支柱瓷绝缘子法兰由陶瓷、金属附件和水泥组成，因此可视为广义的复合材料与结构，其多相材料之间的参数匹配性能、特别是陶瓷材料的微细观特性，对宏观断裂性能的影响值得深入分析。虽然在胶装电瓷产品结构中，瓷件性能是产品机械、电气性能的最关键因素，是先决条件，但大量的实践经验和无数试验研究结果告诉我们，没有胶装技术和附件及材料参数的适当配合，使产品结构合理协调，瓷件的良好特性就很难在产品中充分体现和保持。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于Isight软件的电网支柱瓷绝缘子材料匹配优化方法，其可以获得支柱瓷绝缘子三相材料的最优匹配参数，以降低瓷柱的最大主应力，并以此改善支柱瓷绝缘子的承载性能。

为此，本发明采用的技术方案如下：基于Isight软件的电网支柱瓷绝缘子材料匹配优化方法，其包括：

步骤1)，基于热-结构耦合数学模型，利用ABAQUS有限元软件建立支柱瓷绝缘子热-结构耦合有限元数值仿真模型，计及热-结构耦合场的支柱瓷绝缘子控制方程表达式为：

式中：x、y、z为位置坐标，u、v、ω为物体内一点沿三个坐标方向的位移量，X、Y、Z分别表示三个坐标轴方向的单位体积内体积力，T表示温度，λ表示材料的Lame常数，G、E和μ分别表示剪切模量及弹性模量和泊松比大小，θ为体积应变，β表示体积应力，α表示材料热膨胀系数值；

步骤2)，基于Isight软件集成ABAQUS组件，搭建支柱瓷绝缘子联合仿真平台；

步骤3)，基于Isight软件集成DOE组件，进行DOE试验设计，确定支柱瓷绝缘子的优化参数、优化目标以及优化约束条件；

步骤4)，基于Isight软件集成Optimization组件；

步骤5)，联合仿真平台搭建和优化算法(Isight提供多种优化算法，可针对具体问题自行选择)设计就绪后，完成对联合仿真平台运行和设计结果优化的操作，获得支柱瓷绝缘子三相材料参数匹配最优的材料参数。