[发明专利]一种用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型

说明书

本发明公开了一种用于电缆敷设前的有限元分析方法，包括以下步骤：1)建立电缆仿真模型和实际弯曲工况的弯曲支撑件模型；2)对电缆仿真模型和弯曲支撑件模型分别进行设置模型的结构参数、定义材料属性的力学参数、设置界面相互接触条件及划分网格；3)根据模型边界条件施加网格约束，模拟外界载荷的方向、大小和约束，使网格节点发生位移，推导确定节点受到力与位移的关系；4)计算出侧压力大小分布，对结果进行后处理；5)判断结果是否符合要求。本发明解决的技术问题是提供一种能够提高电缆敷设时侧压力的计算效率，更为精准、直观的得到侧压力结果的用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型。

技术领域

本发明涉及电缆制造及敷设施工技术领域，特别是涉及一种用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型。

背景技术

电力电缆线路作为城市电网的重要组成部分，在城市电网安全运行中发挥着重要的作用，相当于电网中的血管连接起各发电、输电、用电设备。电缆生产和敷设质量对电网工程能否顺利投入运行起着关键作用，一旦电缆出现异常无法正常运行，将直接给人民、社会以及国家带来损失。

由于电力电缆外径较大，运输、敷设较为困难，电力电缆对转弯半径的要求也比较严格。电力电缆在施工中，如果转弯角度过大，可能使导体内部受到机械损伤，而机械损伤导致电缆绝缘强度下降，直到出现故障。用机械敷设电缆时，应安装电缆牵引头，电缆牵引头根据导体受力部位的材料所承担牵引能力也有所不同，其中铜芯的最大牵引强度为70N/mm²，铝芯的允许牵引强度为40N/mm²。电缆敷设施工时应参照相应标准规定，在施工前应计算电缆上各点所受的侧压力。在生产及敷设过程中，若电缆弯曲半径过小，电缆结构所受侧压力较大，发生永久的塑性变形，严重时导致电缆破坏失效，无法使用；若弯曲半径大，则需要选择更大尺寸的电缆盘具，这也直接导致生产困难、转运困难、敷设空间受限等问题，提升操作难度和生产成本，同时也会使直接影响运输条件。

对于目前电缆敷设是侧压力的研究，多由传统的数值计算为主，计算侧压力时需综合考虑敷设弯曲程度、电缆垂直水平程度等，若想精准计算，计算量则相对较大，若进行近似计算，则会产生一定偏差。

因此，本领域技术人员致力于开发一种能够提高电缆敷设时侧压力的计算效率，更为精准、直观的得到侧压力结果的用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明公开了一种用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型，所要解决的技术问题是提供一种能够提高电缆敷设时侧压力的计算效率，更为精准、直观的得到侧压力结果的用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于电缆敷设前的有限元分析方法，包括以下步骤：

1)按照实际电缆结构参数绘制电缆模型各层结构，在有限元软件中建立电缆仿真模型；根据电缆敷设的实际弯曲工况，在有限元软件中建立弯曲支撑件模型；

2)对所述电缆仿真模型和弯曲支撑件模型分别进行设置模型的结构参数、定义材料属性的力学参数、设置界面相互接触条件及划分网格；

3)根据模型边界条件施加网格约束，模拟外界载荷的方向、大小和约束，使网格节点发生位移，使用虚功方程将单元中节点的力和位移联系在一起，推导确定节点受到力与位移的关系表达式如下：

{ξ}＝[B]{δ}^e

{δ}＝[D]{B}{δ}^e＝[S][δ}^e

{P}^e＝[K]^e[δ}^e

[K]^e＝∫_v[B]^T[D][B]dv

[K]{δ}＝{P}