[發明專利]一種新型碳纖維卡具及其設計方法

有效

• 申請號: 201910479985.3
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN110336216B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 章兵;夏順俊;戴如章;張宇嬌;黃雄峰;馬萬勛;吳慧健;吳奇偉
• 申請（專利權）人: 江蘇省送變電有限公司;三峽大學;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02G1/02
• 分類號: H02G1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，所述碳纖維卡具采用1000KV輸電線路用的300kN閉式卡具，所述300kN閉式卡具采用碳纖維制成；所述300kN閉式卡具的厚度為60mm，所述300kN閉式卡具的破壞荷載為950MPa；

所述設計方法包括如下步驟：

步驟SS1：對所述閉式卡具進行受力分析，將所述閉式卡具等效為受3點力的簡支梁；

步驟SS2：設定碳纖維復合材料的鋪層順序和鋪層數的優化設計條件；所述步驟SS2中的所述碳纖維復合材料的鋪層順序和鋪層數的優化設計條件為：

條件1：采用0°、±45°、90°的標準鋪層；

條件2：取向相同的鋪層疊置不能超過2層以上；

條件3：0°、±45°、90°的四種鋪層中每一種至少要占10％；

條件4：避免采用90°的層組，此時荷載方向為0°時，用0°或±45°層隔開；

條件5：彎曲剛度系數D₁₆，D₂₆不大于10^-6N.m；

所述條件3具體還包括：其中0°鋪層20～40％之間，±45°鋪層40～60％之間，90°鋪層10～30％之間；

步驟SS3：根據所述步驟SS2的優化設計條件結合所述步驟SS1的簡支梁的受力分析、所述閉式卡具的厚度要求，優化設計出碳纖維復合材料的鋪層結構為：

[45/-45/-45/45/-45/90/-45/90/0/90/0/45/0/90/0/45/-45/-45/45/-45/90/-45/90/0/90/0/45/0/90/0]_5S；

步驟SS4：根據復合材料層合板理論公式結合Tsai-Wu張量理論式公式計算得到所述步驟SS3中的鋪層結構的破壞強度，并與所述300kN閉式卡具的破壞強度950MPa進行比較，若鋪層結構的破壞強度大于等于950MPa，則判定滿足強度要求。

2.根據權利要求1所述的一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，所述碳纖維復合材料材質選擇為T300/5405。

3.根據權利要求1所述的一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，所述碳纖維復合材料的單層厚度為0.2mm。

4.根據權利要求1所述的一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，所述步驟SS4具體包括：

復合材料層合板理論公式為：

式中σ₁、σ₂、τ₁₂為碳纖維層合板的k層碳纖維的應力與剪切力；T為坐標轉換矩陣，T的表達式為

θ為鋪層角度；為第k層的工程彈性系數矩陣，的表達式為：

其中，

Q₆₆＝G₁₂，υ₁₂＝υ₂₁；

即，鋪層結構的面內剛度系數為：鋪層結構的彎曲剛度系數為：

Z為某一層的厚度，N表示破壞荷載；

所述Tsai-Wu張量理論式公式為：

其中：

F₆＝F₁₆＝F₂₆＝0,

X_t為主方向1方向抗拉強度，X_c為主方向1方向抗壓強度，Y_t為主方向2方向抗拉強度，Y_c為主方向2方向抗壓強度，S為主方向上的抗剪切強度；

根據復合材料層合板理論公式結合Tsai-Wu張量理論式公式計算得到所述步驟SS3中的鋪層結構的破壞強度。

5.根據權利要求1所述的一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，所述碳纖維復合材料的力學參數為：E₁＝148000MPa，E₂＝8600MPa，G₁₂＝4380MPa，υ₁₂＝0.285。