[發明專利]一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法

有效

• 申請號: 201710471418.4
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107194120B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 謝云云;黃琳雁;呂友杰;陳晞;李凱嶸;宋雯雯;蔡勝;陳佳欣;卜京;殷明慧;姚娟;鄒云;蔡晨曉;張俊芳
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F113/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取架空線路信息和覆冰厚度信息，包括：檔距、高差、電線型號、覆冰厚度信息；

步驟2、根據懸鏈線公式求解自重下的輸電線路的形狀；

步驟3、對輸電導線進行單元劃分，之后對質點屬性進行初始化，所述質點屬性包括質點的質量、位置和速度；

步驟4、對質點的內力和外力進行初始化，之后設置路徑單元，具體是確定路徑單元內步長與步數；

步驟5、對質點的運動方程進行求解，得到質點位移；包括以下步驟：

步驟5-1、構建質點的運動方程，其公式為：

Ma＝F^ext+F^int+F^dmp

F^dmp＝-μMv

式中，M、a——質點的質量、加速度向量；

F^ext、F^int、F^dmp——等效質點內力、外力和阻尼力；

μ、v——阻尼系數、質點速度向量；

步驟5-2、采用中心差分法將質點速度、加速度表示為：

式中d_n+1、d_n、d_n-1——質點在第n+1步、第n、第n-1步的位移；

Δt——時間步長；

v_n、a_n——質點第n步的速度、加速度向量；

步驟5-3、判斷計算時刻是否為初始時刻，如果是則執行步驟5-4，否則執行步驟5-5；

步驟5-4、構建初始時刻的位移，其公式為：

式中d₁、d₀——質點在第1步、初始時刻的位移；

v₀——質點初始時刻的速度向量；

步驟5-5、將中心差分法的公式代入運動方程，則得到第n+1步的位移為：

步驟6、利用步驟5獲取的質點位移對質點進行更新，更新的內容包括質點的位移和內力；

步驟7、判斷是否到達迭代終止條件，如果到達，則覆冰輸電線路找形結束，輸出導線形狀，否則轉步驟5。

2.根據權利要求1所述的一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法，其特征在于，步驟2中的懸鏈線公式為：

該公式以左側懸掛點為坐標原點，式中：

y、x——輸電導線各處縱坐標、橫坐標；

σ_o——架線氣溫下水平應力；

h——相鄰兩懸掛點間沿荷載方向的高差；

γ——導線覆冰前比載；

L_h＝0——兩側懸掛點等高下的檔內懸鏈線線長；

l——相鄰兩懸掛點間垂直于荷載方向的投影距離，稱為檔距。

3.根據權利要求1所述的一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法，其特征在于，步驟3對質點屬性進行初始化時，質點位置由步驟2中懸鏈線公式求得，質點初速度為0，線路的全部質量由質點承擔，單元的質量平均分配給兩邊質點，質點質量M_i的計算公式為：

式中M_i——第i個質點的質量；

q_i、q_i+1——第i個、i+1個單元的質量。

4.根據權利要求1所述的一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法，其特征在于，步驟4設置路徑單元為質點運動的基本單位，在路徑單元內做出如下假設：

(1)以線路的初始形態作為計算位移、變形和內力變化的基礎構架；

(2)線路的變形很小，可將轉動視為中度大轉動；

(3)忽略幾何變化對構件變形和內力計算的影響；

(4)構件的組合、性質及約束不變；

(5)路徑單元內質點的性質不變，路徑單元之間質點性質變化，所述質點的性質包括質量、數量和內力。

5.根據權利要求1所述的一種基于有限質點法的覆冰輸電線路找形方法，其特征在于，步驟6中的質點內力更新所用公式為：

F^ext＝f₁-f₂

式中f₁，f₂——質點兩端連接單元的內力；

從t_a時刻到t_b時刻單元內力所用公式為：

式中，f_B'——單元AB在t_b時刻的內力；

σ——單元AB在t_a時刻的應力；

S——單元截面積；

E——彈性模量；

l_A'B'、l_AB——單元在t_b、t_a時刻的長度；

e_A'B'——單元AB在t_b時刻的方向向量。