[发明专利]一种两分裂导线风致响应的等效分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种两分裂导线风致响应的等效分析方法及系统，该方法包括如下步骤：首先确定分裂导线的节点坐标等几何信息，确定导线的弹性模量、自重、风荷载等物理参数与荷载参数。将分裂导线单元的刚度矩阵表示为弹性刚度矩阵、自重应力刚度矩阵和风荷载应力刚度矩阵之和。通过将各个子导线进行合并，建立其等效横截面积、等效自重内力和等效风荷载。进一步的建立等效导线的受风面积、建立等效导线的受力方程，并分析计算导线的风致响应。该方法具有适用范围广、计算工作量小、分析精度高、计算简便快捷等优点。

技术领域

本发明涉及输电导线性能评估技术，尤其涉及一种两分裂导线风致响应的等效分析方法及系统。

背景技术

输电线路作为一种重要的能源基础设施，受到了广泛的应用。输电导线是输电线路的重要组成部分，也是传输电能的主要装置，实际输电导线长期在野外服役，遭受风荷载等环境效应的持续作用，因此容易引起损伤累积甚至失效破坏。近年来国内外多有输电导线在强风作用下的损伤破坏事故发生。输电导线的损伤破坏将导致电力传输中断，造成严重的经济损失和次生灾害。因此，开展输电导线在风荷载作用下的性能分析和安全评估就具有重要的实际意义。

输电线路主要采用多分裂导线的形式来传输电能，其中两分裂导线得到了广泛的应用。两分裂导线采用两根子导线来实现电能传输。分裂导线作为一种典型的柔性悬索结构，其在外荷载作用下表现出非常显著的几何非线性特性，因此其精确的响应分析需基于非线性有限元方法进行。国内外研究表明，早期对分裂导线的力学性能的计算并没有充分考虑其几何非线性效应。近年来随着数值计算技术的迅速发展，分裂导线的非线性静动力分析得到了迅速发展，可以采用非线性有限元方法进行分析计算。目前有一些功能强大的有限元分析软件如ABAQUS、NASTRAN、ANSYS等可以进行分裂导线的风致响应分析计算。但是目前分裂导线的有限元分析计算过程中，需要针对分裂导线的每根子导线分别建立有限元模型，然后建立各个子导线的风荷载，建立各个子导线的受力方程并进行求解。因此，一个含有n个子导线的分裂导线必须进行n次建模求解过程，这导致分裂导线的分析计算往往工作量很大，过程繁琐，不适合普通工程技术人员进行分析操作。

目前，两分裂导线简化分析方法的研究还非常欠缺，尚有很多工作需要开展。目前工作主要集中于两分裂导线中各个子导线的非线性性能的研究，针对两分裂导线简化分析方法的研究还未有相关报道。能够同时兼顾分裂导线非线性分析精度和分析效率的导线简化分析方法仍然非常匮乏，有待进一步的探索和创新。这其中的关键问题之一，就是目前尚缺乏针对分裂导线的风致响应等效分析方法和系统。

因此，有必要系统研究两分裂导线在风荷载作用下的服役性能和响应特点，有必要建立一种快速有效的两分裂导线的风致响应分析方法。在确保分析精度的前提下，有效的减小有限元建模和建立风荷载的工作量，并简化受力方程的求解。通过建立分裂导线的等效分析方法，可以将不同子导线的求解合成为一个等效导线的非线性分析，这可以有效提高分裂导线的受力计算效率和分析水平，提升大型输电线路的分析评估水平和建造水平。

发明内容

本发明为解决目前分裂导线建模计算过程繁琐的问题，提供了一种两分裂导线风致响应的等效分析方法及系统。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种两分裂导线风致响应的等效分析方法，包括以下步骤：

1)确定两分裂导线的节点信息、线型信息以及分裂导线物理参数；所述节点信息为节点坐标，导线线型信息为导线单元长度，导线物理参数包括弹性模量、自重、风荷载；

2)建立局部坐标系下的弹性刚度矩阵，然后建立整体坐标系下的子导线弹性刚度矩阵K_e；

3)建立整体坐标系下的子导线自重应力刚度矩阵K_g和风荷载应力刚度矩阵K_w；