[发明专利]一种输电杆塔防风性能分析方法

权利要求书

1.一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立输电杆塔有限元模型，根据输电杆塔所处不同风荷载工况在ANSYS中选取不同的单元、不同的分析模块，对模型进行自动网络划分，添加边界约束；

S2、进行模态分析，通过模态分析得到输电杆塔的各阶固有频率和振型；

S3、计算风荷载，模拟不同风载随时间变化曲线，结合应力分布云图和位移分布云图，分析风荷载下输电杆塔应力及变形情况。

2.根据权利要求1所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，步骤S1中，分析模块的选取具体为：

首先要根据风荷载的不同选择合适的分析模块，并根据各工况下受外力作用和输出数据的区别，对不同的部件定义合适的单元类型；

对于风荷载下单元类型的选取，由于是非热力学模拟分析，选取solid187模拟输电杆塔杆件，在三维情况下，接触面通过不同单元形状来描述，由targe170模拟。

3.根据权利要求2所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，对于输电杆塔有限元分析模块的选取，采用线性静态结构分析模块，该模块在计算中忽略结构惯性和阻尼的作用，分析在固定不变的载荷作用下结构的应力与变形规律，模拟输电杆塔稳定风工况。

4.根据权利要求3所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，采用瞬态动力学分析模块，用于模拟结构受随时间变化的载荷作用下的动力学响应特征，即模拟输电杆塔阵风、脉动风、微风工况。

5.根据权利要求1所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，在进行有限元建模和模拟分析时，进行单位统一，具体为：

由于ANSYS采用国际单位制，长度单位mm，质量单位为kg，力的单位为N，时间单位为s，因此为保证单位的统一，弹性模量单位为N/m²，面积单位为m²，密度单位为kg*m^-3，加速度单位为m*s^-2。

6.根据权利要求5所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，建立输电杆塔有限元模型具体为：

根据输电线路设计规范，基于杆塔设计值在ANSYS软件中搭建杆塔物理模型，并设置塔材力学参数为其设计值，包括截面形状，截面尺寸以及弹性模量，建立输电杆塔模型，在网格划分时运用ANSYS自动网格设置划分网格。

7.根据权利要求1所述的一种输电杆塔防风性能分析方法，其特征在于，步骤S2具体为：

对于一个具有n个自由度的线性结构体系，其一般振动方程为：

其中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，和U分别为加速度向量、速度向量以及位移向量，F(t)为动载荷向量，动载荷F(t)在实际工程中的主要表现为周期载荷、冲击载荷、随机载荷；

当有限元软件对结构进行动力学分析时，其中的模态分析中F(t)＝0，在进行模态分析时，由于其结构阻尼对模态分析影响小，忽略结构阻尼对固有频率和振型的影响，则振动方程为：

解得：([k]-ω²[M]){U(i)}＝0，i＝1、2、…、n；

得到n个向量方程，由此求出n个主振型向量{U(1)}、{U(2)}、…、{U(n)}；

对输电杆塔结构进行模态分析，将该模型转化为一个线性的定常系统，将其振动的微分方程中的物理坐标进行变换，转换为模态坐标，然后由模态坐标和模态参数组成一个新的独立方程，对其模态参数值进行求解；施加结构的边界条件时，只能添加零位移约束，所有的非零位移约束也会自动转换为零位移约束；分析系统模态时，必须最终得到系统的振型及对应的固有频率；

对输电杆塔基础施加零位移约束，并采用Block Lanczos对其进行模态提取，分析输电杆塔在风荷载下共振情况。