[发明专利]一种电缆屈曲的建模方法

摘要

一种电缆屈曲的建模方法，该建模方法将原来整个电缆芯线按几何形状的变化性质划分节点，分解成小单元，构造相应的刚度矩阵，采用虚位移原理来建立平衡关系。在电缆芯线内取任意一点P，割取一个微小的平行六面体所示，x，y，z三个方向的棱边长度分别为dx，dy，dz。首先，以连接六面体前后两面中心的直线为矩轴，列出力矩的平衡方程∑Mee'＝0，由其余两个平衡方程∑Fy＝0和∑Fz＝0可以得出与之相似的两个方程。本发明发明基于ANSYS有限元软件对不同长度的电缆芯线在截取过长时产生的屈曲应力进行了仿真，分析了芯线长度对套管受力的影响规律，仿真结果表明套管受力会随着电缆芯线长度的增加而明显降低，并给出了合理的套管高度。为环网柜电缆终端的合理设计和安装提供了理论依据。

主权项

一种电缆屈曲的分析方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、构造刚度矩阵：在电缆芯线内取任意一点P，割取一个微小的平行六面体所示，x，y，z三个方向的棱边长度分别为dx，dy，dz；首先，以连接六面体前后两面中心的直线为矩轴，列出力矩的平衡方程∑Mee'＝0，即：(τyz+∂τzy∂ydy)dxdydy2-τyzdxdzdz2-(τzy+∂τzy∂zdz)dxdydz2-τzydxdydz2=0---(1)]]>整理，并略去微量后，得：τyz＝τzy同样可以得出：τxy＝τyx,τzx＝τxz列出x轴方向的力的平衡方程∑Fx＝0(σx+∂σx∂xdx)dydz-σxdydz+(τyx+∂τyx∂ydy)dzdx+τyxdzdx+(τzx+∂τzx∂zdz)dxdy-τzxdxdy+Xdxdydz=0---(2)]]>由其余两个平衡方程∑Fy＝0和∑Fz＝0可以得出与之相似的两个方程,化简,除以dxdydz,得:∂σx∂x+∂τyx∂y+∂τzx∂z+X=0∂τxy∂x+∂σy∂y+∂τzy∂z+Y=0∂τxz∂x+∂τyz∂y+∂σz∂z+Z=0---(3);]]>步骤2、定义单元类型：三相电缆中，中间相电缆垂直与套管连接基本不受扭转和弯矩的影响，两边相电缆对称分布，所以只分析一相电缆即可，电缆两端由套管和紧固环固定，典型的梁结构，而且电缆是轴对称结构，对其进行有限元分析时，采用圆柱坐标系，对称轴为Y轴，半径的方向为r轴；步骤3、定义材料属性：对于电缆芯线的塑性形变分析，使用经典双线性随动强化BKIN模型，设置好各材料的弹性模量，然后激活BKIN选项；步骤4、建立模型：建立一个线模型，线模型是由关键点连成，然后自定义梁截面的结构尺寸，定义梁截面内圆半径为导线半径，外环半径厚度为主绝缘厚度；步骤5、网格划分：在对梁截面进行网格划分时，将网格边界的大小设定为0.004m，选择四边形单元及自由划分网格的方式对梁截面进行网格化分，由于线元素是由关键点依次连接而成，选中所有线，然后将所有线分为5段；步骤6、加载和求解：对电缆芯线顶端施加两个方向的位移约束，一是x方向位移，二是y方向位移，为芯线标准长度减去套管高度，但是电缆芯线模型长度变为原来的标准长度上再加10mm，通过对关键点之间的线模型施加转动约束，来控制电缆芯线的弯曲形态，通过发出命令NLGEOM，ON来激活大应变效应然后进行计算。