[发明专利]一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法

摘要

本发明属于仿真计算技术领域，涉及一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元分析计算方法。该方法：首先进行接地螺栓通电试验测量，采集螺栓通入不同电流后的数据；然后用Auto CAD建立几何模型，并将其导至仿真计算软件COMSOL Multiphysics，在该软件中建立物理模型、设定材料参数；根据试验数据和计算结果，动态地检验和修改边界条件，得到了接地螺栓通入电流的边界条件设定的优化方案；最后建立有限元网格并计算，导出计算结果至数据分析软件，得到通入不同电流的情况下，螺栓在此过程中温度、应力和应变的演变情况。本发明使得接地螺栓通入电流后温度及应力应变的建模计算结果更加准确，对接地螺栓的试验测量提供了支持。

主权项

1.一种接地螺栓通电后温度及应力应变有限元计算分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：接地螺栓通入电流试验测量将接地螺栓接入试验测量装置，采集螺栓通入不同电流后的数据，包括环境温度、材料参数、温升情况和形变情况；步骤二：建立几何模型并导入至计算软件在Auto CAD建模软件中，根据目标接地螺栓的内部结构和几何尺寸，建立目标螺栓的三维几何模型；按照COMSOL多物理场仿真软件的要求导出合适的几何模型格式,将建立的三维几何模型导入至仿真计算软件中；步骤三：建立物理模型，设定材料参数在COMSOL中选择焦耳热和热膨胀模型，设定材料参数，包括：热容、热导率、电导率、密度、杨氏模量、泊松比、相对介电常数、热膨胀系数和密度；步骤四：根据步骤一采集的数据，设定边界条件，建立有限元网格并计算；然后导出计算结果至数据分析软件，得到通入不同电流的情况下，螺栓在此过程中温度、应力和应变的演变情况；边界条件的设置为：1).电流：a).电流守恒：所有域；b).电绝缘：所有边界；c).初始值：电势：0V；d).接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的水平电阻；e).接触阻抗：表面阻抗：和螺帽接触的竖直电阻；f).电流源：536201A/m3；g).接地：铝板；2).固体传热：a).固体传热：所有域；b).初始值：293.15[k]；c).热通量：向内热通量；3).固体力学：a).线弹性材料：所有域；b).固定约束：和螺杆、螺帽产生面接触的区域；c).自由：非受限端；4).多物理场：a).热膨胀：固体传热、固体力学；b).电磁热源：电流、固体传热；c).边界电磁热源：电流、固体传热；d).温度耦合:固体传热、固体力学；e).温度耦合:固体力学、电流。