[發(fā)明專利]一種不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)有限元分析法

在審

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• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN115146495A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高凱;陳欽柱
• 申請（專利權(quán)）人: 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/13;G06F111/04;G06F113/08;G06F113/16;G06F119/14
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發(fā)明提供一種不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)有限元分析法，所述方法包括以下步驟：根據(jù)臺風(fēng)數(shù)據(jù)，基于高斯風(fēng)場時間歷程，得到基于JT變換的非高斯脈動風(fēng)場時間歷程；對不同風(fēng)壓等級下的塔線體系進行動力學(xué)分析；通過概念建模得到鐵塔與架空導(dǎo)線的線體模型，添加瞬態(tài)分析模塊；對鐵塔及導(dǎo)線進行固定約束；施加非高斯風(fēng)載荷，得到非高斯風(fēng)場下導(dǎo)線的擺動情況；施加自重載荷、不同風(fēng)壓等級的風(fēng)載荷，得到被研究模型在不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。本發(fā)明在建立塔線體系的線體模型的同時能夠得到塔線體系中不同位置處的變形情況，且模擬過程相對簡單且易于實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)有限元分析法。

背景技術(shù)

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)重要的一部分，而塔-線體系的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)整體的可靠性，同時也是保障整個電力系統(tǒng)安全與經(jīng)濟運行的重要因素。

準確的獲取風(fēng)速時程是研究臺風(fēng)天氣下塔-線體系穩(wěn)定性的主要問題。在高壓輸電線路中，高電壓等級的輸電鐵塔以及架空導(dǎo)線，其振動周期接近于風(fēng)的卓越周期，因而對風(fēng)載荷極為敏感。合理的開展結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)，提高電力系統(tǒng)中輸電設(shè)備的穩(wěn)定性以及可靠的抗風(fēng)能力一直是輸變電工程技術(shù)領(lǐng)域的核心問題。在工程領(lǐng)域中高斯分布是常常用到的分布類型，目前許多的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作假設(shè)風(fēng)載荷通常是服從高斯分布，但在一些特殊的位置上往往具有明顯的非高斯特征，導(dǎo)致最終的結(jié)果與實際情況產(chǎn)生明顯的差異。研究表明，高層建筑各表面風(fēng)壓均有顯著的非高斯特征，迎風(fēng)面與被風(fēng)面具有不同的分布特征，其中，高層建筑的被風(fēng)面具有較強的非高斯分布特征，分布多向右傾并且具有負偏度，而迎風(fēng)面非高斯特性較弱。這已經(jīng)說明在高層建筑中，非高斯分布特征的風(fēng)場已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)。目前進行高斯風(fēng)場的模擬已經(jīng)是一種相對較為成熟的技術(shù)，非高斯風(fēng)場的模擬還需要進行更多的探索。

正確分析塔—線體系的風(fēng)致振動響應(yīng)。目前針對輸電塔的風(fēng)致響應(yīng)主要通過現(xiàn)場實測、風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬等方法進行研究，數(shù)值模擬分析無疑是最節(jié)約成本以及可實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)分析方法。其中就包括了精準的風(fēng)載荷模型的實現(xiàn)、輸電塔及架空導(dǎo)線的模型構(gòu)建以及合理的進行模型的靜力學(xué)響應(yīng)與動力學(xué)響應(yīng)。對比靜態(tài)風(fēng)致響應(yīng)與動態(tài)風(fēng)致響應(yīng)，兩者結(jié)果會出現(xiàn)顯著的差異。而目前各國規(guī)范和大量的工程實踐中均采用等效靜態(tài)方法進行考慮和計算，我國相關(guān)規(guī)范中也是使用了等效的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)來進行對動態(tài)風(fēng)載荷的等效模擬。大量的實測研究表明單純對鐵塔塔體進行風(fēng)致響應(yīng)是不夠全面的，對于我國的架空輸電線路設(shè)計規(guī)范，單一的靜態(tài)風(fēng)致響應(yīng)顯示結(jié)果也有明顯的差異。因此需要運用模擬仿真的方法對塔線體系在非高斯風(fēng)場下位移、速度變化進行計算。

發(fā)明內(nèi)容

鑒以此，本發(fā)明的目的在于提供一種不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)有限元分析法，以至少解決以上問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種不同風(fēng)壓等級下的動力學(xué)響應(yīng)有限元分析法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：進行高斯風(fēng)場時間歷程模擬與非高斯風(fēng)場時間歷程轉(zhuǎn)換；

步驟2：建立不同風(fēng)壓等級的風(fēng)載荷，并根據(jù)所述非高斯風(fēng)場時間歷程確定導(dǎo)線、桿塔的風(fēng)載荷；

步驟3：根據(jù)鐵塔以及架空導(dǎo)線的物理結(jié)構(gòu)，建立塔線體系的線體模型；

步驟4：根據(jù)鐵塔以及架空導(dǎo)線的尺寸定義所述線體模型的材料參數(shù)；

步驟5：對所述線體模型選擇瞬態(tài)分析模塊；

步驟6：對所述線體模型定義約束，并劃分網(wǎng)格，施加步驟2所述載荷；

步驟7：對所述瞬態(tài)分析模塊中的求解器進行設(shè)置；

步驟8：處理所述瞬態(tài)分析模塊的結(jié)果得到導(dǎo)線變形、速度、加速度曲線與不同風(fēng)壓等級下導(dǎo)線變形圖。

進一步的，在步驟1中，進行高斯風(fēng)場時間歷程模擬與非高斯風(fēng)場時間歷程轉(zhuǎn)換具體為：