[發(fā)明專利]寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預測方法

在審

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• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107292032A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 程峰;周楠;胡常勝;吳海洋;覃偉平;徐彬;徐玉波;王金鎖;李俊;岳華剛;包永忠;郭念;褚忠凱;李亞;單強;謝文;李洋;康建國;徐世玉;劉輝;殷飛;胡亞芳;馮衡;曾二賢;白強;夏謙;王松濤;王亞東;趙沖
• 申請（專利權）人: 國網新疆電力公司經濟技術研究院;國網新疆電力公司;國家電網公司;中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 陳家安

技術領域

本發(fā)明涉及輸電鐵塔技術領域，特別是涉及一種寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預測方法。

背景技術

隨著國民經濟的快速發(fā)展，對于電力供應需求不斷增長，大容量、高電壓等級輸電線路迅速發(fā)展，再加上近年來風能源的開發(fā)利用，大量風電站接踵建立。很多區(qū)域目前都在大力發(fā)展輸電塔建設，尤其是在一些極端天氣地區(qū)，比如高寒地區(qū)和常年大風肆虐區(qū)域，由于環(huán)境特殊，對輸電塔的安全性提出了更高的要求。

近年來，雖然鮮有因為風荷載導致的輸電塔疲勞破壞，但隨著輸電塔在一些大風和低溫區(qū)域建設的需求，這些區(qū)域的溫度可以達到-30℃及以下，傳統(tǒng)輸電塔的設計常常側重于強度控制，即主要要求結構能夠抵御一次性強風、地震、覆冰等災害，很少考慮輸電塔的低溫疲勞。眾多研究表：風荷載作用下輸電塔構件及節(jié)點的疲勞損傷也是致使輸電塔倒塌或損壞的主要形式之一，因為疲勞導致的破壞可能會先于強度破壞，而在寒冷地區(qū)考慮低溫疲勞的影響，并預測寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命，將成為行業(yè)趨勢。

目前，國內外學者在鋼材疲勞性能研究方面取得了一定成果，但關于輸電鐵塔疲勞壽命預測的研究開展較少，尤其是寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預測方法還未曾涉及。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預測方法，該預測方法具有重要的理論和實際應用價值，采用該預測方法對寒冷地區(qū)輸電鐵塔的疲勞壽命進行預測，可確保寒冷地區(qū)輸電鐵塔的輸電線路安全、經濟、合理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預測方法，包括以下步驟：

1)隨機風荷載譜的確定：對寒冷地區(qū)的平均風和脈動風分別進行統(tǒng)計和模擬，得到該寒冷地區(qū)10m高10min平均風速分布圖和脈動風速時程曲線，然后，將平均風速分布圖上各點的平均風速加到脈動風速時程曲線上，即可得到各點所承受的瞬時風速，并將瞬時風速轉化為風荷載，得到風荷載時程，各點的風荷載加載于輸電鐵塔，作為外部輸入條件。

2)輸電鐵塔疲勞危險部位的確定：利用步驟1)得到的風荷載時程對輸電鐵塔進行有限元分析，然后根據(jù)輸電鐵塔的結構特點并結合有限元分析結果，確定輸電鐵塔結構的疲勞危險部位；

3)輸電鐵塔風振作用下的動力分析：將步驟1)得出的風荷載時程加到輸電鐵塔的節(jié)點上進行時程計算，然后，對步驟2)中疲勞危險部位進行應力分析得到其應力譜，并提取不同風荷載作用下的應力時程曲線和應力幅水平；

4)雨流計數(shù)法分析：根據(jù)步驟3)中不同風荷載作用下的應力時程曲線，利用雨流計數(shù)法統(tǒng)計步驟2)中疲勞危險部位的應力幅和各個應力幅出現(xiàn)的次數(shù)；

5)低溫下S-N曲線的確定：根據(jù)步驟4)得到的步驟2)中疲勞危險部位的應力幅，通過等應力幅試驗獲得步驟2)中疲勞危險部位在低溫下的S-N曲線；

6)低溫疲勞壽命的確定：應用Miner線性累積損傷理論并根據(jù)步驟5)中S-N曲線上疲勞危險部位在低溫下破壞時的循環(huán)次數(shù)和步驟4)中疲勞危險部位的各個應力幅出現(xiàn)的次數(shù)，得到步驟3)中不同風荷載下的應力幅水平所產生的損傷率，并對該損傷率進行累積，當累積損傷率達到1時，疲勞危險部位失效，然后，根據(jù)疲勞危險部位的全年累積損傷率即可獲得疲勞危險部位的低溫疲勞壽命。

進一步地，所述步驟1)中平均風的統(tǒng)計由氣象測站測量所得。

進一步地，所述步驟1)中脈動風的模擬采用改進的Iwatani線性回歸濾波器法。

進一步地，所述步驟2)中的疲勞危險部位為危險受拉構件和焊縫。

進一步地，所述步驟4)中雨流計數(shù)法統(tǒng)計的過程包括：數(shù)據(jù)壓縮處理、循環(huán)數(shù)據(jù)提取和雨流計數(shù)法程序編寫；

所述數(shù)據(jù)壓縮處理包括等間隔采樣、偽讀數(shù)的排除、峰谷值檢測和無效幅值去除；

所述循環(huán)數(shù)據(jù)提取是根據(jù)偏態(tài)波形分一次雨流計數(shù)、對接和二次雨流計數(shù)完成；

所述雨流計數(shù)法程序編寫采用MATLAB軟件進行編寫，其包括八個子程序和一個調用程序。

進一步地，所述步驟5)中等應力幅試驗由MTS電液伺服試驗機與低溫試驗箱協(xié)同工作實現(xiàn)，且等應力幅試驗采用的板件材質和焊件材質均為Q420B或Q420C，等應力幅試驗中板件和焊件所處的低溫溫度為0～-30℃

進一步地，所述步驟5)中S-N曲線通過冪函數(shù)公式表達，所述冪函數(shù)公式為：S^mN＝C，其中，S為應力幅，N為試件破壞時循環(huán)次數(shù)。