[發(fā)明專利]基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011262016.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112395792A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙洲峰;郭鋒;趙崢;徐華;魯曠達(dá);周陽洋;戴鵬飛;付軍;王學(xué)智
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/04;G06F113/04;G06F119/14
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

1.基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

步驟1)，基于熱-結(jié)構(gòu)耦合數(shù)學(xué)模型，利用ABAQUS有限元軟件建立支柱瓷絕緣子熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元數(shù)值仿真模型并求解，計及熱-結(jié)構(gòu)耦合場的支柱瓷絕緣子控制方程表達(dá)式為：

式中：x、y、z為位置坐標(biāo)，u、v、ω為物體內(nèi)一點沿三個坐標(biāo)方向的位移量，X、Y、Z分別表示三個坐標(biāo)軸方向的單位體積內(nèi)體積力，T表示溫度，λ表示材料的Lame常數(shù)，G、E和μ分別表示剪切模量及彈性模量和泊松比大小，θ為體積應(yīng)變，β表示體積應(yīng)力，α表示材料熱膨脹系數(shù)值；

步驟2)，基于Isight軟件集成ABAQUS組件，搭建支柱瓷絕緣子聯(lián)合仿真平臺；

步驟3)，基于Isight軟件集成DOE組件，進(jìn)行DOE試驗設(shè)計，確定支柱瓷絕緣子的優(yōu)化參數(shù)、優(yōu)化目標(biāo)以及優(yōu)化約束條件；

步驟4)，基于Isight軟件集成Optimization組件；

步驟5)，聯(lián)合仿真平臺搭建和優(yōu)化算法設(shè)計就緒后，完成對聯(lián)合仿真平臺運(yùn)行和設(shè)計結(jié)果優(yōu)化的操作，獲得支柱瓷絕緣子三相材料參數(shù)匹配最優(yōu)的材料參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟1)中，建立支柱瓷絕緣子熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元數(shù)值仿真模型并求解包括：

步驟11)，在ABAQUS有限元軟件中建立支柱瓷絕緣子的部件三維模型和裝配體三維模型，并完成材料屬性的設(shè)定；

步驟12)，施加邊界條件和載荷，運(yùn)行分析。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟12)中，所述的邊界條件為約束支柱瓷絕緣子裝配體三維模型的最底端的位移和最頂端y方向的位移，機(jī)械載荷施加在瓷柱的頂端處并垂直于軸線，集中載荷為20kN，熱應(yīng)力的參考溫度為0℃，外界環(huán)境溫度為-40℃；

由于瓷件的材料為脆性材料，按照材料力學(xué)第一強(qiáng)度理論，當(dāng)瓷柱微元內(nèi)最大拉應(yīng)力大于材料所能承受的極限拉應(yīng)力時，材料發(fā)生斷裂，故計算分析瓷柱的最大主應(yīng)力S1分布情況。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟2)中，聯(lián)合仿真平臺搭建包括：

步驟21)，Isight軟件添加ABAQUS組件，將步驟1)建立的支柱瓷絕緣子熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元數(shù)值仿真模型的文件導(dǎo)入Isight軟件的ABAQUS組件中，提取瓷柱、金屬附件與水泥的材料參數(shù)；

步驟22)，將步驟1)計算出的模型結(jié)果文件導(dǎo)入Isight軟件，提取瓷柱的最大主應(yīng)力S1，實現(xiàn)Isight和ABAQUS兩個軟件之間的集成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟3)包括：

步驟31)，采用最優(yōu)拉丁超立方試驗方法構(gòu)造設(shè)計矩陣；

步驟32)，選擇靈敏度分析確定的瓷柱、金屬附件和水泥的彈性模量、泊松比和溫度線膨脹系數(shù)9個材料參數(shù)作為設(shè)計變量，并設(shè)定設(shè)計變量的上、下限；

式中，E1、E2、E3為陶瓷、金屬附件與水泥的彈性模量；μ₁、μ₂、μ₃為陶瓷、金屬附件與水泥的泊松比；α₁、α₂、α₃為陶瓷、金屬附件與水泥的溫度線膨脹系數(shù)；

步驟33)，生成設(shè)計矩陣；

步驟34)，確定優(yōu)化目標(biāo)：以瓷柱最大主應(yīng)力S1最小化為優(yōu)化目標(biāo)；

步驟35)，運(yùn)行DOE試驗設(shè)計模型，得到Pareto圖，進(jìn)而得到對應(yīng)參數(shù)化設(shè)計的材料參數(shù)變量對目標(biāo)函數(shù)的靈敏度；

步驟36)，獲得設(shè)計矩陣中的最好的結(jié)果，作為下一步優(yōu)化的初始值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于Isight軟件的電網(wǎng)支柱瓷絕緣子材料匹配優(yōu)化方法，其特征在于，步驟4)包括：

步驟41)，Isight軟件添加Optimization組件，將優(yōu)化算法設(shè)為NLPQLP算法；

步驟42)，選取瓷柱、金屬附件與水泥的彈性模量、泊松比和溫度線膨脹系數(shù)9個材料參數(shù)作為匹配優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量；

步驟43)，將步驟36)獲得的設(shè)計矩陣中最好的結(jié)果設(shè)置為優(yōu)化的初始值，再根據(jù)設(shè)計要求設(shè)置設(shè)計變量的取值范圍：

步驟44)，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，將瓷柱的最大主應(yīng)力最小化Min(S1)設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)。