[发明专利]计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法

权利要求书

1.计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其特征在于：包括，

设定线路为没有刚性的柔性锁链，碳纤维复合芯导线只承受轴向张力，不能承受弯曲力矩以及载荷为均匀分布，建立所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程，得到在搭建好的实际运行线路中，对弧垂大小产生影响的因素为碳纤维复合芯导线比载和应力；

根据所述碳纤维复合芯导线自重以及在有风和覆冰的情况下的运行状态，计算所述碳纤维复合芯导线的比载和应力；

选取碳纤维复合芯导线股所在层、根数、线股直径、节径比、节距、泊松比以及弹性模量参数，建立有限元模型，施加温度场，分析并计算所述温度场下的弧垂；

仿真分析弧垂点的电场强度，确保弧垂周围的电场强度不影响周围环境。

2.如权利要求1所述的计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其特征在于：所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程包括，

所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程的表达式为：

其中，f_x为任一点的弧垂，h为两悬挂点垂直距离，L_h＝0为两悬挂点等高下的悬链长，g为单位长度碳纤维复合芯导线的比载，针对不同气象条件而言有不同的计算方法，sh为双曲正弦函数，σ₀为碳纤维复合芯导线最低点的应力，x为碳纤维复合芯导线任一点的位置，l为档距。

3.如权利要求1或2所述的计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其特征在于：计算碳纤维复合芯导线的比载和应力包括，

碳纤维复合芯导线的比载公式为：

g₂＝ρπb(b+d)×9.8×10^-3/S

g₃＝0.6125aC(d+2b)v²×10^-3/S

其中，g₁为碳纤维复合芯导线的自重比载，g₂为碳纤维复合芯导线的冰重比载，g₃为碳纤维复合芯导线的覆冰风压比载，g₄为碳纤维复合芯导线的综合比载，G₁为碳纤维复合芯导线自重，s为碳纤维复合芯导线截面积，b为覆冰厚度，d为碳纤维复合芯导线直径，ρ为冰的密度，a为风速不均匀与系数，C为空气动力系数，v为覆冰时风速；

碳纤维复合芯导线弧垂最大处的应力取最大使用应力σ_max如下：

其中，σ_cal为碳纤维复合芯导线的计算破坏应力，K为碳纤维复合芯导线强度安全系数；

碳纤维复合芯导线应力的公式为：

其中，E为弹性系数，α为温度线膨胀系数，g为比载，σ为应力，l为档距，t为温度，m状态下各输电碳纤维复合芯导线的机械物理参数及环境参数已知，则通过求解状态方程式计算n状态下的碳纤维复合芯导线应力。

4.如权利要求1或3所述的计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其特征在于：分析温度场下的弧垂包括，

通过所述有限元模型，分析不同环境温度以及不同径向温差条件下的碳纤维复合芯导线内力分布，在碳纤维复合芯导线上施加边界条件如下：

其中，t为碳纤维复合芯导线温度，λ为碳纤维复合芯导线的热导率，x、y和z为空间直角坐标，碳纤维复合芯发热率为铝线发热率为ρ和c为碳纤维复合芯导线的密度和比热容，τ为时间；

碳纤维复合芯导线最外层铝股处的风压与拉应力相互抵消，碳纤维复合芯导线内部最大应力位置转变为温度最高的内层碳纤维复合芯处，通过所述有限元模型绘制各层线股应力随环境温度的变化曲线。

5.如权利要求1或2所述的计算电场-温度场耦合下的碳纤维复合芯导线弧垂的方法，其特征在于：计算所述温度场下的弧垂包括分析碳纤维复合芯导线在温度场下的径向温度分布，利用平均温度代入所述碳纤维复合芯导线的弧垂计算方程计算弧垂。