[发明专利]一种输电杆塔防风性能分析方法

说明书

本发明公开了一种输电杆塔防风性能分析方法，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。本发明方法能够得出风荷载下输电杆塔静动力学响应特征，进而为后续工程输电杆塔的结构设计提供指导性建议。

技术领域

本发明属于电力设备性能分析领域，具体涉及一种输电杆塔防风性能分析方法。

背景技术

输电杆塔暴露于室外，受力情况复杂，常因外力损坏、设备老化、安装工艺不合理等原因发生倾斜倒塌事故，对人身、环境和设备造成危害。对于输电杆塔所受到的所有外界环境载荷中，风是影响其安全的一个重要因素，输电线路整体结构会承受巨大的外部荷载，铁塔以及导地线等薄弱之处可能发生屈服、断裂等，严重时会发生倒塔、断线现象。现有研究关于输电线路铁塔荷载数值模型的建立方法，从早期的单塔模型，到现在的塔-线耦合模型，模型与实际的契合度不断增强；从开始的静力荷载，到现在可在matlab软件中模拟脉动风，通过前人的不断努力，可在计算机上对输电线路施加更加真实的荷载。关于输电线路抗风加固措施的研究主要包括：基础的加固、塔身主材的加固以及节点加固。

由于台风对输电线路影响巨大，这些年来对于输电线路抗风领域的研究已经不断深入，但是现有研究，仍存在不足并有可改进之处。多数学者现在对输电抗风的研究都集中在数值模型的建立与分析上，并以此为基础得出各种结论，这些结论在实际情况下是否成立，成立条件如何尚有待检验。风荷载的计算，输电塔承载力的得出都是基于设计规范，但是现有设计规范是经过不断修订改编而来，现有加固方法对于运用原设计规范的输电线路是否适用尚不可知。因此，全面了解和掌握输电杆塔在大风和微风工况下的力学特征，对于提高电网运行的安全性有重要的理论和工程意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种输电杆塔防风性能分析方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种输电杆塔防风性能分析方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，在进行有限元建模和模拟分析时，进行单位统一，具体为：