[发明专利]基于梁单元的覆冰导线舞动ANSYS数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于梁单元的覆冰导线舞动ANSYS数值模拟方法，包括以下步骤：建立导线静态模型；将导线静态模型扩至输电线路，得到输电线路静态模型；建立分裂间隔棒模型；求解任一导线的升力、阻尼力和扭矩；将升力、阻尼力和扭矩导线模型进行加载，得到导线受力模型；求解转换矩阵，获取导线所有局部坐标单元结点的运动位移值、速度值；将导线位移整体坐标系转换到局部单元坐标系；求解单线每个局部单元两个结点的结点力，利用转换矩阵，得到导线整体力；将导线整体力转换成整体坐标系，得到导线覆冰舞动模型，从而得到输电线路覆冰舞动模型。有益效果：通过改变分裂间隔棒的安装方式，对分裂间隔棒防舞动效果进行试验测试，提高输电线路可靠性。

技术领域

本发明涉及输电线路技术领域，具体的说是一种基于梁单元的覆冰导线舞动A2NSYS数值模拟方法。

背景技术

为防止舞动现象对输电线路的正常运行造成的巨大危害，国内外许多学者在此方面展开了大量的研究工作。目前存在得具有有代表性的舞动理论分别为：横向起舞机理、扭转起舞机理、偏心覆冰性耦合起舞机理及动力失稳起舞机理。

但是，这几种舞动理论还存在一些缺陷。其中，横向振动激发机理是在只考虑导线垂直方向自由度的情况下得到的，考虑方向和自由度太少，舞动模拟与实际差距大。扭转激发机理是同时考虑输电线路垂直方向自由度和扭转自由度的情况下得到的。对于实际线路，当首先达到横向振动激发条件时，将出现横向舞动；而当首先达到扭转激发条件时，将出现扭转舞动。因此，两者并不矛盾。而对于分裂导线而言，其扭转特性和导线相比有本质的不同，其同阶扭转频率和横向振动频率更接近，从而更易激发扭转舞动。

并且，以往对覆冰导线舞动的ANSYS数值模拟多基于索单元模型，即考虑了实际大气环境下线路不均匀覆冰、几何刚度时变特征、不同阶振型之间的耦合效应以及不同档距导线之间的相互作用等因素的影响。但是忽略了扭转与平动的耦合效应，这对于分裂导线的舞动分析是极不准确的，并且没有考虑抗弯、抗拉以及抗剪刚度。

刘小会、严波等人提出采用具有三个平动自由度和一个扭转自由度的三结点等参单元离散覆冰导线，用欧拉梁离散间隔棒。然而索单元忽略了抗弯刚度与抗扭刚度，抗弯刚度虽然对平动影响很小，对扭转的影响却不可忽视，且导线垂度越大，抗弯刚度的影响也就越大。

综上所述，现有技术中，对于输电线路的舞动模拟中，还不能满足人们对线路舞动模拟的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于梁单元的覆冰导线舞动ANSYS数值模拟方法，建立整体坐标系和局部单元坐标系，提高输电线路上任意结点自由度，在建立输电线路覆冰舞动模型过程中，引入输电线路受到的升力、阻尼力和扭矩，提高模型精确度，并对设置在输电线路上的间隔棒防舞动效果进行检验。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于梁单元的覆冰导线舞动ANSYS数值模拟方法，包括以下步骤：

S1：确定梁单元类型和输电线路导线分裂数2N；建立整体坐标系和局部单元坐标系；分别获取输电线路中任一导线参数、绝缘子串参数、覆冰参数、所有导线与绝缘子串之间的约束参数以及间隔棒参数，建立导线静态模型；将导线静态模型扩至输电线路，得到输电线路静态模型；S2：沿输电线路分布方向依次建立2N分裂间隔棒模型；并约束导线两端的平动自由度与X向转动自由度； S3：采用斜风分解法对流经任一导线的风速进行分解，得到任一导线的升力、阻尼力和扭矩；S4：将步骤S3得到的升力、阻尼力和扭矩对步骤S1得到的导线模型进行加载，得到导线受力模型；该导线受力模型为导线静态模型加载升力、阻尼力和扭矩后得到的模型。S5：求解转换矩阵，获取导线所有局部坐标单元结点的运动位移值、速度值；将导线位移整体坐标系转换到局部单元坐标系；S6：求解单线每个局部单元两个结点的结点力，利用转换矩阵，得到导线整体力；S7：将步骤S6得到导线整体力转换成整体坐标系，得到导线覆冰舞动模型，从而得到输电线路覆冰舞动模型。