[发明专利]一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法

说明书

本发明公开了一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法，主要包括：利用ABAQUS软件的草绘功能，创建螺栓螺杆和螺母的三维实体模型，利用布尔运算操作生成螺栓和螺母的螺纹部分；根据螺栓的真应力应变曲线定义螺栓和螺母的材料参数；依据台架试验方案定义两个分析步，分析步类型为静力、通用，分析步一对螺杆中面施加轴向预紧力，分析步二对模型施加交变载荷；单元类型选取ABAQUS中适用于接触分析的十节点四面体单元C3D10M；最后在后处理模块，输出预紧力、接触压力、应力和塑性变形云图，并导出接触面的结果数据。本发明可快速得到螺栓在交变载荷下的应力和变形结果，与试验相结合可有效分析螺栓的失效机理，提高输电塔螺栓的安全可靠性，降低设计成本。

技术领域

本发明涉及输电线路铁塔螺栓强度研究领域，特别提供一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法。

背景技术

输电塔是架空导线的支撑点，其结构可靠性是保证输电线路稳定的重要因素。传统输电塔是通过角钢搭接组建而成，角钢之间由螺栓进行单面连接。在导线的自重、风载和冰载等载荷的长期作用下，连接角钢的螺栓易发生松动和疲劳破坏，导致输电塔刚度下降，使输电塔发生局部失稳而倒塔，最终造成输电线路损毁。因此，研究输电塔螺栓的失效形式，提高角钢的连接质量和输电塔结构的可靠性，对保证输电线路的安全性具有重要意义。

螺栓连接结构因具有拆卸简单、安全可靠等优点而被广泛应用于输电塔结构，由于输电塔角钢之间的单面连接方式，使得螺栓承受横向交变载荷的作用。在交变载荷作用下，螺栓的失效形式主要有两种：疲劳断裂和自松弛。针对螺栓失效方式，迫切需要一种研究输电线路铁塔螺栓强度的评价方法，因此，这里提出一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法。此方法能够帮助我们认识螺栓在交变载荷下的强度，为以后生产工艺的优化，提高输电线路铁塔的强度提供帮助。

本发明主要通过下述技术方案实现：一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法，包括以下步骤：

一、根据电力行业标准《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》，建立输电线路铁塔螺栓、螺母和夹板的分析模型

首先，采用商用有限元软件ABAQUS的草绘功能分别创建螺栓、螺母和夹板的三维实体模型。然后，依据标准中螺栓和螺母的强度等级定义材料属性参数，并依据台架试验方案对螺栓、螺母和夹板定义接触，并对法向和切向的接触属性进行设定。最后，因为螺栓、螺母和夹板间定义了接触，所以单元类型选用适用于接触分析的十节点四面体单元C3D10M，对分析模型赋予单元属性；

二、根据螺栓台架试验的加载方案，建立仿真分析模型的载荷边界条件

依据试验中对螺栓先预紧后加载的方案，在ABAQUS中设置两个分析步，其中，分析步一主要完成螺栓预紧力载荷下的加载，研究螺栓在初始预紧力下的应力状态，分析步二对螺栓夹板施加交变载荷，进行交变载荷下的螺栓强度分析。

三、根据强度评价准则，输出仿真分析模型的计算结果

首先，预紧力结果的定义和输出，在场输出设定中勾选CFORCE和CSTATUS选项，其他默认设定保持不变。然后，在ABAQUS的后处理模块中，输出螺栓轴向的预紧力、接触压力、应力和塑性变形结果。

本发明提出一种评价输电线路铁塔螺栓强度的有限元分析方法，可快速得到螺栓在交变载荷下的应力和变形结果，与试验相结合可有效分析螺栓的失效机理，提高螺栓的安全可靠性，降低设计成本。

进一步，在所述步骤一中，三维实体模型的创建，首先建立螺杆、螺母和螺纹的三维模型，然后采用ABAQUS的布尔运算生成螺栓和螺母的螺纹。

进一步，在所述步骤一中，材料参数的定义是根据力学性能测试的真应力-应变曲线得到的。