| 主权项 |
一种架空输电塔‑线耦合体系有限元模型的建模方法，利用计算机，通过程序，建立架空输电塔‑线耦合体系有限元模型，其特征在于所述方法的具体步骤如下：(1)建立杆塔、导线和地线有限元模型库首先，利用现有的ANSYS软件中现有的BEAM188梁单元来模拟架空输电杆塔，即杆塔构件，即先对BEAM188梁单元进行设置：分别设置钢材Q235、Q345和Q420的杨氏模量、泊松比、密度、截面形状、屈服强度；后根据杆塔的实际形状和实际尺寸，利用现有的ANSYS软件建立实际杆塔有限元模型；再将已建立的实际杆塔有限元模型保存成为APDL文件，并存在ANSYS目录下，形成架空输电线路常用的不同种杆塔有限元模型库，以备用；然后，用现有的ANSYS软件中现有的LINK10单元模拟导线和地线，即：输入架空输电线路常用的架空输电导、地线，即导、地线的基本参数：等效截面积、杨氏模量、密度、泊松比及初始应变，并分别保存成为各导、地线型号的APDL文件，从而形成架空输电线路常用的不同型号的导、地线有限元模型库，以备用；(2)组建架空输电塔‑线耦合体系有限元模型基本结构第(1)步完成后，通过程序，在第(1)步中建立的架空输电线路的杆塔、导线和地线有限元模型库中，根据实际架空输电线路调取杆塔、导线和地线的有限元模型，组建架空输电塔‑线耦合体系的有限元模型基本结构，其具体步骤如下：①输入模型实际参数利用现有的ANSYS软件，先在编写的程序中分别输入实际架空输电塔‑线耦合体系中的杆塔、绝缘子串、导线和地线的实际参数，其中，杆塔的实际参数为：模型中杆塔总数、杆塔型号、杆塔呼称高度、塔间档距、塔间高差；导线和地线的实际参数为：导、地线型号及其分裂数；绝缘子串的实际参数为：绝缘子串长度、绝缘子串质量和绝缘子串直径；②检查实际参数完整准确性第(2)‑①步完成后，检查输入实际参数的完整性与准确性：当输入的实际参数不完整或不正确时，则返回(2)‑①步，继续输入未完的实际参数或更改输入实际参数，以保证输入实际参数的完整性与准确性；当输入的实际参数完整准确时，则可进入下一步调用第(1)步建立的有限元模型库开始建模；③建立杆塔有限元模型第(2)‑②步完成后，将输有实际参数的程序输入至现有的ANSYS软件中，在第(1)步建立的杆塔有限元模型库中，先调出实际架空输电线路的各基杆塔有限元模型；后将“杆塔定位模块”程序输入到现有的ANSYS中，定位各基杆塔，从而实现了整个架空输电塔‑线耦合体系有限元模型中杆塔模型的建立及定位；④建立绝缘子串有限元模型第(2)‑③步完成后，先将输有实际参数的程序输入至现有的ANSYS软件中，后调用“绝缘子串生成模块”程序，所述“绝缘子串生成模块”：由第i基杆塔转角θi来判断此杆塔悬挂绝缘子串的类型，当转角θi为0时，第i基杆塔为直线塔，则在此基杆塔绝缘子悬挂点处生成悬垂绝缘子串有限元模型；当转角θi不为0时，第i基杆塔为耐张塔，特殊情况：杆塔为直线转角塔，则将转角θi的值改成一个小数值，如0.001，则在此基杆塔绝缘子悬挂点处生成耐张绝缘子串有限元模型，从而实现了整个架空输电塔‑线耦合体系有限元模型中绝缘子串有限元模型的建立；⑤建立导、地线有限元模型第(2)‑④步完成后，先将“导、地线生成模块”程序输入现有的ANSYS软件中，在第(1)步建立的导线和地线有限元模型库中，调出实际型号的导、地线有限元模型；后在导、地线弦线位置处生成导、地线有限元模型，建立架空输电塔‑线耦合体系有限元模型基本结构；(3)建立准确架空输电塔‑线耦合体系有限元模型第(2)步完成后，对第(2)步建立的架空输电塔‑线耦合体系有限元模型基本结构进行初始形态找形分析，即用非线性有限元分析方法，确定导、地线在自重力作用下的初始形态，对架空输电塔‑线耦合体系有限元模型基本结构进行初始形态找形分析，建立自重力作用下的准确架空输电塔‑线耦合体系有限元模型，其具体步骤如下：①设置初始应变、边界条件及求解精度通过程序，调用第(2)步建立的架空输电塔‑线耦合体系有限元模型基本结构，为初始形态找形分析做好准备；后设置模型初始应变，根据应力和应变关系得到的真实初始应变，通过实常数设置LINK10单元的属性；再设置边界条件，设置每基杆塔塔腿及边界塔的导、地线悬挂点处均为全自由度约束；然后设置模型求解精度ERR0，求解精度是根据实际的精度要求，在综合考虑计算量的情况下给出的，对第(2)步建立的架空输电塔‑线耦合体系有限元模型设置初始应变、边界条件及求解精度，以确保架空输电塔‑线耦合体系有限元模型的精确性和准确性；②进行非线性求解第(3)‑①步完成后，先设置非线性求解选项，后进行非线性求解，其中，非线性选项的设置包括大变形、应力刚化，同时设置相应的子步数，求解中可采用Newton‑Raphson方法进行迭代收敛控制，以帮助得到较好的收敛结果，Newton‑Raphson法可有效克服逐步荷载增量法中因误差积累导致求解结果发散的问题，在某个容限范围内使求解达到平衡收敛，采用Newton‑Raphson法计算输电导、地线找形时需不断更新体系位形，进行多次非线性静力计算， 直至导、地线的最大位移矢量差接近于零且方向一致时，找形计算结束，建立自重力作用下的准确架空输电塔‑线耦合体系有限元模型；③计算最低点水平应力和求解误差第(3)‑②步完成后，利用现有的ANSYS软件，通过“求解”程序，先提取中间点应力，后求解其水平分量，再计算求解误差ERR1；④建立准确架空输电塔‑线耦合体系有限元模型第(3)‑③步完成后，判断是否满足非线性求解终止条件：当ERR1≥ERR0，则返回(3)‑②步继续进行非线性求解迭代，直到满足求解终止条件为止；当ERR1<ERR0时，则找形分析结束，即可得到自重力作用下准确的导、地线有限元模型，从而建立了自重力作用下的准确架空输电塔‑线耦合体系有限元模型。 |
