架空输电线路主动防舞器仿真分析与拓扑优化

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1、架空输电线路主动防舞器仿真分析与拓扑优化吴成智2015年1月中图分类号：TH122UDC分类号：621架空输电线路主动防舞器仿真分析与拓扑优化作者姓名吴成智学院名称机械与车辆学院指导教师焦永和教授答辩委员会主席王晓力教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月SimulationAnalysisandOptimizationonActiveAnti-gallopingDeviceofOverheadTransmissionLineCandidateName：Ch

2、engzhiWuSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YongheJiaoChair,ThesisCommittee：Prof.XiaoliWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重

3、声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要主动防舞器是一种用于抑制架空输电线路舞动的装置，在避免导线闪络以及防止输电塔倾倒方面有着重大的作用，可适用于多种条件下的防舞。本文以

4、设计的主动防舞器为研究对象，基于多体系统动力学理论，运用机械动力学仿真分析软件MotionView建立了主动防舞器装置的虚拟样机模型，并对仿真结果进行了深入细致的校核与分析，验证了所建立的虚拟样机的可信性。以虚拟样机为平台，系统研究了主动防舞器在工作状态中的运动学和动力学特性。最后利用有限元的方法对主动防舞装置进行了动态分析，验证了其强度及刚度，并对摆锤结构进行了拓扑优化。论文主要工作如下：首先总结了架空输电线路舞动的国内外研究现状和发展现状，介绍了舞动的机理和成因，分析了主动防舞装置的工作原理，确立了

5、总体建模方案。其次利用三维建模软件Pro/E建立了主动防舞器零件的三维实体模型，采用自底而上的方法对主动防舞器进行装配。在防舞器装配主模型的基础上，进行了主动防舞器系统的运动学仿真。然后对实体模型进行合理的简化，利用Pro/ENGINEER与MotionView的接口软件CAD/Pro将主动防舞器的部分装配模型导入到MotionView中，根据运动过程中各机构的动作对零部件添加约束和载荷，建立主动防舞器系统的虚拟样机模型，并利用MotionView自检工具对虚拟样机进行了初步的验证。然后基于Hertz静

6、力弹性接触理论推导出齿轮齿条的接触力仿真参数，对建立好的主动防舞器虚拟样机进行了仿真分析，得到了齿轮齿条的啮合力的大小及主要零部件的受力曲线图，所得的结果可以作为进一步有限元分析的边界条件和计算零件强度的载荷条件。最后通过HyperMesh软件对主要零部件进行了网格单元划分，添加材料属性、约束边界条件和载荷，建立了主动防舞器零件的有限元模型。然后将其导入LS-DYNA软件进行求解计算分析，得出了主动防舞器零部件的应力云图和变形云图，分析得出结构满足强度和刚度要求，不会出现破坏和断裂现象。最后利用变密度法

7、对主动防舞器摆锤的结构进行了拓扑优化，通过优化，重建后的主动防舞器总重量有所减少。关键词：舞动；防舞器；虚拟样机；仿真；有限元分析I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheactiveanti-gallopingdeviceisusedtorestrainthegallopingofoverheadtransmissionline.Itplaysanimportantroleinavoidingflashoverofwiresandpreventingdumpingofthetransmissio

8、ntower,whichcanbeappliedtovariousconditions.Takingexampleoftheactiveanti-gallopingdevice,ananti-gallopingdevicevirtualprototypemodelwiththemechanicalsystemkineticanalysissoftwareMotionViewonthebasisofmulti-bodysystemdynami