有限元模型输电塔架动力特性分析的影响_1

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果有限元模型输电塔架动力特性分析的影响摘要：本文较全面地分析讨论了节点构造和节点刚度等因素对塔架动力性能的影响及在有限元建模中的处理方法。本文选取一个500kV输电线路中常见的猫头型塔架，建立了1个空间桁架模型、1个空间刚架模型和3个由杆单元和梁单元组成的混合有限元模型，对输电塔架结构进行了模态分析，系统研究讨论了不同有限元模型、连接偏心对模态分析结果的影响，指出了各种有限元模型在塔架动力特性分析中的特点和适用范围，对输电塔架结

2、构的动力特性研究具有实用意义。关键词：有限元　输电塔架　模态分析　动力特性　偏心连接　节点刚度1前言由于输电塔架的现场施工条件比较艰苦，其节点构造都尽量简单，通常腹杆只有一肢通过螺栓与弦杆或其它腹杆偏心连接，使得汇于同一节点的各杆轴线很难交于一点，加上单角钢杆件截面的形心和剪力中心不重合，实际杆件并非理论课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果上的二力杆；

3、另外弦杆一般在节点上是连续的，腹杆与节点的连接刚度也不是完全的铰节点或刚节点，也就是说，实际塔架在杆件和节点两方面都与桁架或刚架基本假定不尽相符。因此在用有限元进行塔架结构的动力特性分析时，对杆件和节点的不同处理无疑会直接影响计算分析结果。本文针对这些问题进行较全面的分析讨论。建立塔架有限元模型时对节点的处理用有限元法分析塔架结构时，通常将所有杆都取为杆单元即二力杆，从而形成空间桁架结构。由于杆单元不能考虑杆件端部的连接刚度和偏心的影响，而且还会导致塔架结构模型的许多部位如横隔杆出横隔平面、再分式腹杆出桁架平面等几何可变。要消除空间桁架模型的几何可变性的一种

4、方法是附加一些约束杆单元，另一种方法就是去掉次腹杆，将再分杆改为不再分。但后一种方法在处理横隔或同一主材两相邻塔面没有公共节点时仍会遇到困难，而且把所有次腹杆去掉无疑会给分析带来较大误差。相比之下，前一种方法即切实可行，只要合理设置附加杆，分析结果的误差也很小，所以本文采用这种方法来消除空间桁架模型的几何可变性。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果附加

5、杆单元的设置原则是既要消除结构出现几何可变性，又不能明显影响塔架结构的受力状态，因此应着重考虑附加杆的数量、部位、方向和截面面积等因素。附加杆的数量应尽量少，只要在几何可变节点的相应自由度上设一杆使节点成为几何不变点即可，杆多了会在该自由度形成超静定，增加结构的刚度和内力，附加杆的方向最好能形成几何可变自由度方向的约束链杆，即与桁架平面或横隔平面垂直，从而使附加杆接近于零杆，也不会在塔架杆件中产生明显内力，附加杆的另一端节点应利用塔架原有的节点。附加杆的截面应该尽量小，既可减小附加杆对塔架结构的受力影响，又可以减小附加质量对塔架结构固有频率的影响，但附加杆截

6、面过小刚度不足时，就起不到所需的约束作用，模态分析时会出现许多局部模态。计算分析表明，附加杆的截面面积取被约束杆面积的1/20～1/10比较合适。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果用有限元分析塔架结构也可以采用梁单元按空间刚架建模，这时不会出现几何可变问题，但因节点刚度很难确定，一般还是采用刚节点模型，从而人为地增大塔架结构的整体刚度。所以应该根据塔

7、架结构杆件的实际工作状态赤确定单元类型。弦杆因其刚度明显大于腹杆，而且在节点处保持连续，所以宜按梁单元考虑。腹杆则宜分为主腹杆和次腹杆分别考虑。主腹杆两端均直接与弦杆相连，往往具有再分节点，自身的刚度和端部连接约束刚度都比较大，所以宜按梁单元考虑。次腹杆一般无再分节点，一端甚至两端都与主腹杆相连，在塔架结构的简化计算中只考虑用其减小弦杆或主腹杆计算长度，而不计其受力，通常每端只用一个螺栓连接，端部约束和自身刚度比较小，内力和二阶应力都不大，所以可以按杆单元考虑。这种处理方法使主腹杆的刚度和对塔架的约束偏大，而次腹杆的刚度和对塔架的约束偏小，相互有所抵消，比较

8、合理。实例塔架有限元模型的建立本文选取一座目前00k