[发明专利]架空导线有限元建模及仿真方法

说明书

本发明公开了一种架空导线有限元建模及仿真方法，建立导线3D模型；根据实际导线结构进行建模，建立导线仿真模型；对构建好的导线3D模型进行网格剖分；设置钢芯线和铝绞线的相应的材料属性，设置摩擦系数；设置边界条件；对导线微风振动进行仿真分析；进行导线微风振动谐响应分析；进行导线微风振动时程分析；本发明在建模中考虑绞线之间的摩擦接触，在模型中包含了导线自阻尼特性的物理本质，因而在导线微风振动仿真中，能够更加实际反映导线的微风振动情况，将实际导线的实验转换为仿真实验，从而节省实验的成本。

技术领域

本发明涉及架空导线技术领域，具体为一种架空导线有限元建模及仿真方法。

背景技术

输电导线在风的作用下发生振动，根据振动的振幅和频率的大小可以将振动分为高频微幅的微风振动、中频中幅的次档距振动和低频大振幅的舞动，其中以微风振动最为频繁和严重。当风速在0.5m/s-10m/s时，风垂直吹过导线时会在导线背后生成周期性的“卡门漩涡”从而引起导线的振动，其振动特点是：

1、导线振幅小，一般不超过导线的直径；

2、振动频率高，一般为5-100Hz；

3、振型为正弦拍频波；

4、振动发生的几率大，一般认为导线一直处于微风振动状。

微风振动是破坏输电线路运行安全的最普遍振动形式，导线在微风振动状态下，股与股之间，层与层之间，导线与夹具之间发生微动磨损，引起金具和导线的失效，在长期的振动过程中，导线的磨损累积到一定程度后，就会产生疲劳断股甚至断线造成大面积停电或人畜伤亡等严重事故，造成不可挽回的损失，因此研究架空输电导线微风振动进行灾害预测具有重要意义。

架空导线，尤其是大跨距的架空导线由于档距较大，通过实验方法测量导线的微风振动特性比较困难，而且成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种架空导线有限元建模及仿真方法，在建模中考虑绞线之间的摩擦接触，在模型中包含了导线自阻尼特性的物理本质，因而在导线微风振动仿真中，能够更加实际反映导线的微风振动情况，将实际导线的实验转换为仿真实验，从而节省实验的成本，且仿真准确度比较高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种架空导线有限元建模及仿真方法，包括以下步骤：

步骤S1，建立导线3D模型；

根据实际导线结构进行建模，首先中间的钢芯使用圆柱实体结构，或者根据实际钢芯形状进行构建；铝绞线采用螺旋排布方式进行建模，截面形状为圆形或者根据实际铝绞线形状；

步骤S2，建立导线仿真模型；

步骤S21，对构建好的导线3D模型进行网格剖分；

步骤S22，设置钢芯线和铝绞线的相应的材料属性，至少包括密度、杨氏模量、泊松比、阻尼；

步骤S23，设置摩擦系数；

在设置导线内部钢芯线和铝绞线之间相互摩擦接触时，将当前状态处于接触、以及导线微风振动过程中所有发生接触的面进行设置；摩擦系数采用钢-钢、钢-铝、铝-铝之间的摩擦系数，或者实验测量相应的摩擦系数值；

步骤S24，设置边界条件；

根据导线结构实际的布置和悬挂状态确定导线两端的边界条件；

步骤S241，当不涉及铁塔弹性边界条件影响时，对导线两端进行固支约束；

步骤S242，当涉及铁塔弹性边界条件影响时，上述固支约束方法的约束作用太强，则通过构建铁塔模型来实现导线两端弹性边界条件的作用；

步骤S3，对导线微风振动进行仿真分析；