覆冰输电线路舞动的非线性数值分析.pdf

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1、第30卷第5期深圳大学学报理工版V0L30No．52013年9月JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGSep．2013【土木建筑工程／ArchitectureandCivilEngineering】覆冰输电线路舞动的非线性数值分析杨伦，楼文娟，潘小涛浙江大学结构工程研究所，杭州310058摘要：针对覆冰导线舞动时大幅振动所致的几何大变形效应和所受气动荷载的非线性特征，基于完全拉格朗日格式(TotalLagrange)，建立了适用于单导线和分裂导线舞动数值模拟的非线性有限元动力分析方法．采用具有扭转自由度的

2、三节点抛物线索单元离散覆冰单导线．对于覆冰分裂导线，在单导线有限元法的基础上，利用欧拉梁单元模拟间隔棒的运动过程，提出了计算更为高效的梁节点弯曲自由度缩聚法，实现了间隔棒与分裂子导线之间的耦合，运用随转坐标系法求解了舞动过程中的梁节点不平衡力，借助ANSYS计算软件对提出的舞动分析方法进行了验证．在此基础上，对典型新月形覆冰断面的输电线路进行了舞动分析，考察了单导线和四分裂导线在不同流场中的起舞机理和响应特性．结果表明，由于分裂导线的扭转刚度远大于单导线，在升力和扭转系数的斜率均为负的情况下，分裂导线更易发生大幅舞动．关键词：电网安全；输电塔线；欧拉梁单元；覆冰

3、导线；完全拉格朗日格式；非线性有限元；自由度缩聚；舞动机理中图分类号：TM752文献标志码：Adoi：10．3724／SP．J．1249．2013．05495NonlinearnumericalanalysisforgallopingoficedtransmissionlinesYangLun，LouWenjuan，andPanXiaotaoInstituteofStructuralEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310058，P．R．ChinaAbstract：Adynamicnonlinearnumericalm

4、ode1inconsiderationofaerodynamicandgeometricnonlinearitieswasestablishedtosimulatethegallopingbehavioroficedsingleandbundledconductorswitharbitrarynumberofsubcon．ductorsonthebasisofTotalLagrangefiniteelementmethod．Thethree—nodeparaboliccableelementwithtorsionaldegreeoffreedomwasappli

5、edtodiscretethesingleconductor．Asforfiniteelementmodelofbundledconductorthe，Eulerbeamelementaddedintosub．conductorswasusedtosimulatethemovementofspacingrod．Aneffectiveben．dingdegreeoffreedomreducedmethodwasintroducedtosimulatethecouplingeffectsofcableandbeamelement．Meanwhile，theunbal

6、anceforcevectorsofbeamelementduringgallopingprocesswerederivedpreciselybyemplo．yingCO-rotationalcoordinatesystemmethod．Moreover，theaccuracyandreliabilityofthepresentednumericalmeth—odwasprovedbyANSYSsoftware．Finally，basedontheaerodynamicforceoficedconductorwithcrescentshapeobtainedby

7、windtunnelexperiment，thegallopingmechanismanddynamicresponsesofsingleandquad—bundledconductorswereinvestigatedinunifoITUflowandturbulentflowfields．TheresultsshowthatwhenthebevelsofbothReceived：2013-06—06；Accepted：2013-08—20Foundation：NationalNaturalScienceFoundationofChina(51178424)十

8、Correspondin