[发明专利]一种导波在储能弹簧中传播特性的仿真分析方法

说明书

本发明涉及导波仿真技术领域，具体涉及一种导波在储能弹簧中传播特性的仿真分析方法。本发明以某高压断路器中的蜗卷弹簧为研究对象，通过有限元法对超声导波在储能蜗卷弹簧中的传播特性进行研究，通过本发明可以对储能弹簧进行快速建模并获取任意质点振动分布图，进而对储能弹簧导波传播特性进行分析，观察其衰减特性，对预制缺陷进行检测，并将仿真与理论计算的结果进行对比，验证了本发明的可行性；通过本发明可对储能弹簧中导波传播特性进行研究，包括其传播幅值衰减特性和频散特性，同时也可对制造获得的储能弹簧成品进行仿真检测，尤其是对储能弹簧在工作过程中可能出现裂纹进行仿真检测，大大提高了储能弹簧应用的安全性。

技术领域

本发明涉及导波仿真技术领域，具体涉及一种导波在储能弹簧中传播特性的仿真分析方法。

背景技术

高压断路器的弹簧动作机构具有响应速度快、结构简-单、工艺性好、无油气泄露等问题，在电网系统中得到了广泛的应用，但其核心部件储能弹簧断裂引起事故，给电网带来较大威胁，已受到广泛关注和高度重视。

储能弹簧是高压断路器开合闸动作机构的核心部件，研究在役储能蜗卷弹簧裂纹的无损检测方法对安全事故的预防具有重要的意义。超声导波具有方向性好、不受电气及电磁干扰、传播距离远等特点，是超声波检测领域的热点问题。Nishino H等人利用宽带激光超声系统，研究了导波在弯曲管中的传播，纵向模态L(0,1)导波在弯管中转换为弯曲模态F(1,1)，弯管的弯曲角度越大，模态转换得越明显；何存富等人利用有限元方法研究了导波在存在单一缺陷与多缺陷的弯管中的传播特性，缺陷回波幅值与缺陷大小、数量关系密切；张帅芳等人对超声导波在板中的传播进行了模拟，并利用四点定位缺陷方法实现了超声波对损伤的识别与定位。

目前的研究大多集中在板和管等结构形式，对于复杂结构的研究比较少；超声导波在固体中的传播机理非常复杂，试验研究效率较低、有局限性，尚未见到有对变曲率的复杂螺旋板状结构的导波仿真分析研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种导波在储能弹簧中传播特性的仿真分析方法，以某高压断路器中的蜗卷弹簧为研究对象，通过有限元法对超声导波在储能蜗卷弹簧中的传播特性进行研究，为研制断路器蜗卷弹簧在役导波检测装置奠定理论基础，对保障电力供应安全具有非常重要的现实意义。具体技术方案如下：

一种导波在储能弹簧中传播特性的仿真分析方法包括以下步骤：

(1)利用三维软件建立储能弹簧模型，储能弹簧模型包括弹簧本体模型；

(2)将步骤(1)获得的储能弹簧模型导入有限元仿真分析软件中，定义储能弹簧的材料属性和特性参数；

(3)建立坐标系，划分储能弹簧模型的网格，定义网格的大小；

(4)施加储能弹簧模型的边界条件进行仿真计算，所述边界条件包括超声导波信号的激励和约束；

(5)获得仿真计算结果；

(6)将仿真计算结果处理成数据形式，通过数据得到的波形图观察接收点的质点振动情况，分析储能弹簧导波传播特性；

(7)将仿真计算得到的储能弹簧中导播群速度与通过导波频散方程数值计算得到的频散曲线对比以进行仿真结果验证。

进一步，所述步骤(1)中的三维软件为SolidWorks三维软件。

进一步，所述步骤(2)中的有限元仿真分析软件为ADAMS、ANSYS、ABAQUS中的一种。

进一步，所述步骤(2)中的特性参数包括材料密度、弹性模量和泊松比。

进一步，所述步骤(3)中的网格为六面体网格。

进一步，所述步骤(7)中导波频散方程数值计算采用的软件为MATLAB。