[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

本發明公開了一種新型碳纖維卡具及其設計方法，其特征在于，所述碳纖維卡具采用碳纖維制成的300kN的閉式卡具，所述閉式卡具的厚度為60mm，所述閉式卡具的破壞強度大于等于950MPa。本發明還提出一種基新型碳纖維卡具的設計方法。本發明在針對采用碳纖維材料替代金屬材料制作閉式卡具時，根據300kN閉式卡具的受力特點和強度要求，優化設計出來了一種碳纖維鋪層結構，此鋪層結構能夠滿足閉式卡具的強度要求，替代原有的金屬材料的閉式卡具。

技術領域

本發明涉及一種新型碳纖維卡具及其設計方法，屬于新材料設計技術領域。

背景技術

對于更換特高壓單片絕緣子用的閉式卡具，其主要材質為鈦合金和鋁合金，但隨著電壓等級的升高，絕緣子的尺寸和重量也逐漸加大，對于閉式卡具來說，為了滿足機械強度，其重量也大大的增加了；這增加了更換絕緣子的作業難度，降低了作業效率，因此有必要采用碳纖維材料研制新型閉式卡具。但閉式卡具強度要求高，而碳纖維材料又是一種疊層結構，其強度受鋪層方式影響。目前常規的碳纖維鋪層角度為0°，±45°，90°，在鋪層角度給定的前提下，結合閉式卡具的受力特點對鋪層數和鋪層順序進行優化設計，使其滿足閉式卡具的強度要求。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術存在的缺陷，解決上述技術問題，提出一種新型碳纖維卡具及其設計方法。

本發明采用如下技術方案：一種新型碳纖維卡具，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。

本發明還提出一種新型碳纖維卡具的設計方法，其特征在于，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；

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。

作為一種較佳的實施例，所述碳纖維復合材料材質選擇為T300/5405。

作為一種較佳的實施例，所述碳纖維復合材料的單層厚度為0.2mm。

作為一種較佳的實施例，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。

作為一種較佳的實施例，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。