[发明专利]一种依据水平张力的输电导线找形方法

说明书

本发明公开了一种依据水平张力的输电导线找形方法，该方法步骤如下：根据两座输电塔挂线点的位置，利用悬链线公式计算出两塔间输电导线节点的初始位置；利用只受拉的非线性单元模拟输电导线，设置初始应变；加载重力荷载，对在重力条件下输电导线有限元模型进行找形分析；依据年平均运行水平张力和导线中间节点水平张力的差值，调整导线初始应变；然后重复进行找形计算，直到导线中间节点水平张力与年平均运行水平张力差值小于阈值，停止计算，完成输电导线重力条件下位置找形分析。本发明以输电导线模型为基础进行导线找形计算，迭代计算难度大幅降低，并且使用年平均运行张力为收敛依据进行迭代计算，计算结果更加准确，更加符合实际情况。

技术领域

本发明涉及一种输电导线找形方法，尤其涉及一种通过导线中水平张力作为迭代计算收敛判断标准的输电导线找形方法。

背景技术

输电线路是关系国计民生的生命线工程，输电导线为输电线路中重要的组成部分，对于输电线路整体结构特征有着直接的影响，所以研究输电导线结构特征是分析输电线路整体必不可少的一部分。

而输电导线是一种典型的柔索结构，它的特性是只能承受拉力，并且只有在输电导线处于应力拉紧的状态下才有能承受外部荷载的刚度，因此对输电导线结构特征分析的前提基础就是需要确定在重力作用下输电导线拉紧之后的初始位置和初始的应力状态。

在目前利用有限元方法对输电导线进行找形分析，最常用的方法有直接迭代和小弹性模量法。直接迭代法是在非常小的初始应变的状态下，设置迭代收敛条件，从输电线直线的初始状态直接迭代计算，不断更新有限元模型从而得到重力作用条件下输电线的初始状态；而小弹性模量法是设置输电导线的材料弹性模量为一个远远小于实际值的弹性模量，初次计算之后得到输电导线在重力作用条件下的大致形态，在该形态下恢复实际弹性模量值进行迭代计算，最后计算得到实际输电导线最后找形结果。而常用的直接迭代法和小弹性模量法在输电塔线耦合体系等复杂模型的找形计算过程中，充分体现出其迭代计算难收敛的特征。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种适用于复杂耦合模型中的输电导线找形方法，容易收敛，操作简单，并且求解结果能够满足工程实际精度需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种依据水平张力的输电导线找形方法，主要包括以下步骤：

步骤1、确定两座输电铁塔挂线点的位置，并将两个挂线点之间的水平档距均分成n份，得到两挂线点之间输电导线的n-1个节点，以两挂线点连线的水平投影方向为x轴，竖直投影方向为z轴建立坐标系，依据挂线点位置数据、输电导线物性参数和悬链线公式计算出两挂线点之间输电导线各个节点的初始坐标位置；

步骤2、根据各个节点的初始坐标构建输电导线有限元模型，设置输电导线的初始应变；

步骤3、在输电导线有限元模型中对整体模型加载重力，在输电导线两个挂线点设置位置约束，然后进行非线性有限元计算；

步骤4、当n为奇数时，提取第(n+1)/2个导线节点的水平张力结果；当n为偶数时，提取第n/2个导线节点的水平张力结果。将该节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力进行差值运算，若差值小于阈值，则直接得到重力条件下输电导线找形结果；否则，判断节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力的大小，如果节点水平运行张力结果大于输电导线年平均运行张力，则减小导线设置的初始应变；如果节点水平张力结果小于输电导线年平均运行张力，则增大导线设置的初始应变；

步骤5、根据步骤4的结果重复进行步骤3和步骤4，直到非线性有限元计算结果中节点水平张力和输电导线年平均运行张力的差值小于阈值，输电导线找形计算结束，得到重力条件下输电导线找形结果。

进一步地，步骤1中建立输电导线初始有限元模型的悬链线公式如下：