[发明专利]一种基于梁单元的覆冰导线脱冰跳跃ANSYS数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于梁单元的覆冰导线脱冰跳跃ANSYS数值模拟方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1：确定输电塔钢架结构和导线分裂数，选取梁单元类型；建立整体坐标系，以塔高为y轴方向，横担挂线为z轴方向，横担外挑方向为x轴方向来建立输电塔模型；获取输电线路中导线参数、绝缘子串参数、覆冰参数、导线与绝缘子串约束参数，建立导线-绝缘子串静态模型；将导线-绝缘子串静态模型与输电塔模型进行连接，得到输电线路整体静态模型；

S2：进行输电导线自重弧垂找形，确定输电导线在自重作用下达到平衡状态的初始位移形态；

S3：确定覆冰荷载，进行覆冰自重静力计算，确定输电导线在覆冰自重下达到平衡状态的位移，即覆冰静平衡位置，导线振幅最大值与覆冰静平衡位置的差值即为跳跃高度；

S4：采用改变密度方法模拟输电导线的覆冰和脱冰过程；通过改变所有单元材料密度模拟每段输电线路导线单元上均匀覆冰工况；在对塔线自重进行静力分析后，设置第二个覆冰工况材料密度为导线体密度加上单位长度覆冰质量除以导线横截面积，变成均匀覆冰工况；

S5：由步骤S2确定的输电导线垂度；采用斜抛物线公式试算方法，首先以接近垂度的抛物线创建模型，然后施加导线自重荷载，若“跨中竖向坐标+跨中竖向位移”与垂度相等，则完成此荷载步分析，否则调整建模时的垂度；

S6：增加覆冰后的静力分析，不考虑结冰过程而直接施加覆冰荷载，不考虑覆冰荷载的动力作用；

S7：打开时间积分效应，并假定在一定时间内均匀脱冰；在荷载步之间采用修改材料性质的方法实现脱冰；

S8：确定完全脱冰后的振动过程，根据需要确定计算的终了时刻；

S9：建立塔线脱冰跳跃有限元模型，对不同覆冰厚度、脱冰率、“拉链式”脱冰因素下输电线路冰跳高度的变化规律进行模拟。

2.根据权利要求1所述的一种基于梁单元的覆冰导线脱冰跳跃ANSYS数值模拟方法，其特征在于：

所述步骤S2是在导线重力作用下，反复更新导线的几何形状，直到导线的水平张力与已知的放线张力的误差在允许的范围内，即可以得出导线的初始构型；

所述步骤S7中，在荷载步之间采用修改材料密度的方法实现脱冰，即采用命令修改单元材料号。

3.根据权利要求1所述的一种基于梁单元的覆冰导线脱冰跳跃ANSYS数值模拟方法，其特征在于：

所述步骤S9得到输电导线脱冰跳跃高度后为最小相间间隙进行校验，得到确定导线最小相间间隙的修正公式，修正公式进行相间间隙批量计算并得出冰跳高度警示线图，据此确定最大档距和覆冰厚度，进行最小间隙校核及预警。

4.根据权利要求1所述的一种基于梁单元的覆冰导线脱冰跳跃ANSYS数值模拟方法，其特征在于：

所述步骤S3中，在计算过程中，将输电导线的覆冰等效为一个个集中质量，并用Mass21单元模拟，对塔线自重进行静力分析后，设置第二个覆冰工况材料密度为导线体密度加上单位长度覆冰质量除以导线横截面积，变成均匀覆冰工况。