基于有限元分析的输电铁塔应力传感器的安装点选择方法

摘要

本发明针对电力系统架空输电线路铁塔安全监控领域，提出了一种基于有限元分析的输电铁塔应力传感器的安装点选择方法。首先针对铁塔进行有限元建模，然后施加一定的载荷，在该载荷的作用下，分别求出分析塔身各结构的Y、Z轴方向的极值应力，计算出相应的应力云图，然后根据出现的极值应力情况选取应力较大的若干点作为重点安装点候选处。因此，本发明具有如下优点：1.综合考虑了杆塔构件各方向的应力，并考虑了恶劣工况下的情况；2.研究结果适应性广，可直接应用于各类塔形。

主权项

一种基于有限元分析的输电铁塔应力传感器的安装点选择方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，针对所监控的输电塔形结构参数，进行有限元力学建模，具体方式是根据该铁塔的CAD文件，以及建设铁塔时的设计资料，基于大型商用有限元ANSYS模块建立铁塔的三维实体有限元模型，模型各部分的尺寸按照设计资料中的参数，初始建模时的材料参数根据规范取值；其中，输电塔各杆件均采用自定义截面形状的所述BEAM188梁单元模拟；步骤2，载荷选取：针对铁塔所处的地理位置和工作环境，加上考虑风载荷作为载荷选取对象；，由于求出了三维实体有限元模型结构上各处的风荷载,结构计算就能够按静力方法进行；步骤3，针对步骤1建立的铁塔的三维实体有限元模型以及步骤2选取的载荷进行模态分析；在计算风振系数的经验公式中，需要知道脉动风荷载的背景分量因子，其中需要用到第1阶自振频率；采用Block Lanczos法对该塔整个结构进行模态分析，获取结构的第1阶自振频率：输电塔风荷载计算公式：w＝β_zμ_sμ_zw₀其中，β_z为考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响的风振系数；μ_s为体型系数，根据规范可查得；^μ_z为风压高度变化系数，根据此公式得出铁塔的风载荷分布；步骤4，根据步骤3得到的输电塔风荷载分析并计算极值应力：施加风荷载后，利用有限元ANSYS模块计算轴向应力以及Y、Z方向的弯曲应力，然后按下面的方法组合出各每个单元的极值应力：应力一：截面Y向上部极值应力＝轴向应力+Y向上部弯曲应力；应力二：截面Y向下部极值应力＝轴向应力+Y向下部弯曲应力；应力三：截面Z向上部极值应力＝轴向应力+Z向上部弯曲应力；应力四：截面Z向下部极值应力＝轴向应力+Z向下部弯曲应力；步骤5，根据主材和斜材的应力分布情况确定应力传感器位置：具体是在步骤4得出的应力极值，分别对主材和斜材应力分布图中的应力值排序，获得前N个应力最大的点N的多少依据要安装的应力传感器个数而定，其中斜材由于不是主要承重结构，仅计算主材应力分布情况即可。