[发明专利]大跨越输电塔线体系气动弹性模型设计方法

权利要求书

1.一种大跨越输电塔线体系气动弹性模型设计方法，其特征在于具体步骤为：

S1：获取大跨越输变电线路数据，建立大跨越输变电线路有限元模型；

S2：设定几何相似比，建立输电塔的刚性模型，并对刚性模型的气动力进行测试，确定输电塔各段的气动力参数；

S3：采用有限元模型分析输电塔放松弗劳德数相似准则对挂线输电塔位移、绝缘子内力、绝缘子风偏角和输电线位移的影响；

在步骤S3的具体内容为：

S31：基于斯特劳哈尔数相似准则、柯西数相似准则，得到输电塔杆件横截面积的相似比S_A与频率相似比S_f的关系式(1)、风速相似比S_v、输电线模型第i阶模态的气动阻尼比ζ_ai：

其中，S_E为弹性模量的相似比，根据输电塔建筑材料取值；S_g为几何相似比；输电塔杆件横截面积的相似比S_A根据选取的实际模型材料规格确定；

风速相似比S_v：

S_v＝S_fS_g (2)

输电线模型第i阶模态的气动阻尼比ζ_ai：

C_D为阻力系数；ρ_a为单位体积空气密度；D为迎风外径；为单位长度的质量；v为风速；f_ij为第i阶模态频率，其中j＝1，2，3分别表示平面外模态，平面内反对称和对称模态；

第i阶平面外模态频率：

第i阶平面内反对称模态频率：

第i阶平面内对称模态频率：

H为张力水平分量；无量纲频率函数ε由超越方程确定：

其中，L为线长；E为输电线弹性模量；A为输电线横截面积；S32：根据步骤S31中的公式4-8得到，输电线的频率相似比是垂度的函数；

根据步骤S31中的公式2-8得到输电线气动阻力相似比

S33：基于输电塔线体系满足几何相似、斯特劳哈尔数相似准则、柯西数相似准则、雷诺数相似准则、弗劳德数相似准则和惯性参数，结合步骤S31和步骤S32得到的数据，放松输电塔的弗劳德数相似准则，增大输电塔模型杆件的横截面积的相似比；基于同一风速相似原则，得到输电线模型的气动阻尼相似比；

S34：或改变输电线模型的重力刚度；或改变输电线模型的弹性刚度；或改变输电线模型的几何刚度，对输电线模型的频率相似比进行修正；

S4：采用有限元模型分析变比例输电线模型对输电塔位移、绝缘子内力、绝缘子风偏角和输电线位移的影响；

S5：根据步骤S3和步骤S4的分析结果，设计大跨越塔线体系气动弹性模型；

S6：通过建立有限元模型分析钢管混凝土的材料非线性因素和梯度风高度因素对输电塔风致响应的影响。

2.根据权利要求1所述的大跨越输电塔线体系气动弹性模型设计方法，其特征在于步骤S1中，所述大跨越输变电线路数据至少包括：输电塔塔形种类、输电塔形排布列表、输电塔位置、导线与地线的跨度和垂度明细、间隔棒结构、间隔棒间距、所有输电塔高度、输电塔线跨度、输电塔线垂度、设计风速、输电线路地形地貌、所有输电塔建筑材料、输电塔建筑结构、输电塔建筑尺寸、输电线模拟材料、输电线模拟结构。

3.根据权利要求1所述的大跨越输电塔线体系气动弹性模型设计方法，其特征在于步骤S2的具体内容为：

S21：设定几何相似比；

S22：获取雷诺数：通过对原型节段的数值模拟和与之对应的节段模型风洞试验分别获得彼此的雷诺数，根据雷诺数与阻力系数的曲线图，通过对模型迎风直径进行修正来确定输电塔各个位置的雷诺数修正系数；

S23：采用不锈钢管制作输电塔刚性模型；

S24：设定所述刚性模型的气动力试验风速、采样时间、采样频率，来流风向垂直于输电线路，对刚性模型输电塔进行测试，得到输电塔各段的阻力系数。