[發(fā)明專(zhuān)利]分析精確的基于有限元分析的輸電鐵塔桿件應(yīng)力計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710092256.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107423457A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季晨宇;徐劍峰;郭成功;葛樂(lè);朱張蓓;朱富云;龔燈才;朱衛(wèi);吳曉楠;蔣徐勇;尹海海;林泳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇省電力公司南通供電公司;國(guó)家電網(wǎng)公司;江蘇省電力公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南通市永通專(zhuān)利事務(wù)所32100
• 代理人: 葛雷

1.一種分析精確的基于有限元分析的輸電鐵塔桿件應(yīng)力計(jì)算方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)有限單元法建立鐵塔結(jié)構(gòu)的有限元力學(xué)模型，根據(jù)得到的力學(xué)模型獲取鐵塔節(jié)點(diǎn)；并將鐵塔結(jié)構(gòu)離散化，得到與鐵塔兩節(jié)點(diǎn)間桿件數(shù)目相同的單元，單元彼此之間僅靠節(jié)點(diǎn)相連；鐵塔中主材與主材、主材與斜材、斜材與斜材的交匯點(diǎn)視為節(jié)點(diǎn)；

步驟2：針對(duì)每個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)位移，分別生成單元?jiǎng)偠染仃嘯k]^(e)和節(jié)點(diǎn)位移陣列并根據(jù)桿件之間的空間角度關(guān)系、桿件之間的連接關(guān)系，轉(zhuǎn)換疊加出鐵塔整體剛度矩陣

步驟3：將鐵塔所受均布載荷和非節(jié)點(diǎn)載荷等效移置到節(jié)點(diǎn)上，形成節(jié)點(diǎn)載荷陣列其中并考慮到矩陣方程中的奇異性，引入鐵塔塔腿四節(jié)點(diǎn)的位移約束條件，求解矩陣方程，得到節(jié)點(diǎn)位移陣列

步驟4：計(jì)算鐵塔節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變、應(yīng)力，獲取鐵塔結(jié)構(gòu)每根桿件應(yīng)力；

所述步驟2中的節(jié)點(diǎn)位移陣列和單元?jiǎng)偠染仃嘯k]^(e)分別為：

1)節(jié)點(diǎn)位移陣列的表達(dá)式為：

[δ‾](e)=[δ‾]1[δ‾]2[δ‾]3...[δ‾]n[δ‾]i=uiviwiθxiθyiθzi,i=1,2,...,n]]>

其中，為整體坐標(biāo)系中的節(jié)點(diǎn)位移陣列；為第1個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移陣列；為第2個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移陣列；以此類(lèi)推為第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移陣列；u_i，v_i，w_i為第i節(jié)點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中三個(gè)方向的線位移；θ_xi，θ_yi，θ_zi為第i節(jié)點(diǎn)處截面繞3個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，θ_xi代表截面的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，θ_yi，θ_zi分別代表截面在xz及xy坐標(biāo)面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

2)單元?jiǎng)偠染仃嘯k]^(e)的表達(dá)式為：

其中，[k]^(e)為桿單元在單元局部坐標(biāo)系內(nèi)的剛度矩陣；A為桿單元橫截面面積；I_y為在xz面內(nèi)截面慣性矩；I_z為在xy面內(nèi)的截面慣性矩；；I_p為單元的扭轉(zhuǎn)慣性矩；l為長(zhǎng)度；E和G分別為材料的彈性模量和剪切模量；

那么，根據(jù)所獲得的單元?jiǎng)偠染仃嘯k]^(e)并依據(jù)桿件之間的空間角度關(guān)系、桿件之間的連接關(guān)系，即可得到鐵塔整體剛度矩陣

整體剛度矩陣的集成規(guī)則如下：

1)先求出每個(gè)單元的剛度矩陣[k]^(e)；

2)將的每個(gè)子塊進(jìn)行換號(hào)，換成對(duì)應(yīng)的整體編號(hào)；

3)將換成以后的字塊送到整體剛度矩陣中的對(duì)應(yīng)位置上；

4)若在同一位置上有幾個(gè)單元的相應(yīng)子塊送到時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行疊加；

經(jīng)過(guò)上述步驟后，就可以得到整體剛度矩陣中的每個(gè)子塊，從而形成了整體剛度矩陣

其中，為第j個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生單位位移時(shí)，在第i個(gè)節(jié)點(diǎn)上引起的節(jié)點(diǎn)力，稱(chēng)為剛度子矩陣；

步驟1中的鐵塔結(jié)構(gòu)離散化方法是將鐵塔中主材與主材、主材與斜材、斜材與斜材的交匯點(diǎn)歸結(jié)為節(jié)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的桿件視為一個(gè)桿單元。