考虑边界条件覆冰输电线舞动建模及多尺度法分析

《考虑边界条件覆冰输电线舞动建模及多尺度法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、考虑边界条件覆冰输电线舞动建模及1多尺度法分析重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李朋指导教师：晏致涛教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月ModellingandMulti-scaleMethodofGallopingofIcedTransmissionLineConsideringBoundaryConditionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiPengSupervise

2、dbyProf.ZhitaoYanSpecialty:StructrueEngineeringSchoolofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要输电导线在覆冰以后，在自然风作用下产生的非线性气动力会使导线作低频、大振幅的自激振动，这种现象称为输电导线的舞动。由于持续时间长、幅值可达几米甚至十几米，因此舞动发生后会对输电线路造成很大的破坏，严重时可导致大面积的供电系统瘫痪。本论文简要阐明了输电导线舞动的发生机理，接着在颜志淼所建舞动模型的基础上，进一步考虑相邻跨和绝缘子串的影响，在模型中加入水平刚度

3、系数和质量系数，建立了考虑完全边界条件的基于曲梁理论并考虑截面偏心的三自由度舞动模型。然后为了验证本文所建模型的优越性,基于索结构理论分别建立单自由度舞动模型、两自由度舞动模型和三自由度舞动模型以及基于曲梁理论建立三自由度舞动模型，用Mathematica软件分别对上述模型编制程序，采用经典D型覆冰截面的试验数据进行时域计算分析，所得结果与本文模型下所得的时程图进行对比分析，结果表明：当考虑相邻跨和绝缘子串质量的影响后，本文建立的舞动模型可以达到很高的精度，竖向位移幅值和扭转位移幅值的误差约为1.3%和1.9%，模型可用于实际工程分析。随后，利用本团队在中国空气动力和发展中心所做的一组试验数据

4、进一步对上述所建模型进行分析，以了解输电线舞动发生的规律。与两端固定模型相比，考虑相邻跨刚度和绝缘子串边界条件的影响以后，竖向位移幅值和侧向位移幅值有所减小，扭转位移幅值有所增加且三方向的舞动幅值随着风速的增加皆从零开始增大最后又减小至零。接着继续分析了边界条件刚度系数和质量系数对不同风速下舞动幅值和上下临界风速影响，分析结果表明：随着弹簧刚度的增大，导线的竖向和侧向舞动幅值增大，扭转舞动幅值减小，上下临界风速增大；随着绝缘子质量的增大，竖向舞动幅值增大，侧向和扭转舞动幅值减小，上下临界风速增大。最后，采用多尺度法来进一步分析考虑边界条件的基于曲梁理论的覆冰输电导线舞动模型，将舞动模型简化为只

5、考虑竖向和水平方向的两自由度舞动模型，然后采用多尺度法建立1:1内共振和2：1内共振下的幅值方程，随后利用多尺度法分别建立1:1内共振和2:1内共振下的简化幅值方程，并采用月牙形截面算例对不考虑截面偏心和考虑截面偏心两种状态下进行舞动性能分析。结果表明：当不考虑输电导线覆冰截面偏心时，两内共振情况下的舞动幅值皆随着风速的增大而逐渐增大，且舞动范围内雅可比矩阵的特征值全为负数，舞动处于稳定状态；当考虑覆冰截面偏心时，1:1内共振和2:1内共振下舞动幅值随风速增大而减小；且I重庆大学硕士学位论文1:1内共振下舞动范围内存在雅可比矩阵特征值为正值情况，舞动在部分风速下处于不稳定状态，2:1内共振下舞

6、动范围内雅可比矩阵的特征值全为负数，舞动处于稳定状态。为了验证前文采用数值分析方法所得舞动规律的正确性，进一步分析了1:1内共振和2:1内共振下弹性边界对舞动规律的影响，结果表明：不管是否考虑偏心，考虑边界刚度影响后，竖向舞动幅值和水平舞动幅值相比固定边界条件下有所减小，考虑边界绝缘子质量影响后，竖向舞动幅值和水平舞动幅值相比固定边界条件下有所增大，且考虑边界刚度影响后，上临界风速较固定边界下有所减小，考虑边界绝缘子质量影响后，上临界风速较固定边界下有所增大，这些结论与采用数值分析方法所得结论相吻合。最后对多尺度法的精确性进行了验证，结果表明：本文所用多尺度法的计算结果与直接积分法所得结果相一

7、致。关键词：输电导线舞动，多尺度法，曲梁理论，内共振，分岔稳定II英文摘要ABSTRACTAftericecoatedonthetransmissionlines,thelineswoulddoself-excited,lowfrequencyandlargeamplitudevibrationunderthenonlinearaerodynamicsgeneratedbythenaturalwi