通电条件下架空导线线股应力及微风振动疲劳寿命研究

摘要

运行状态下的架空输电导线是带电工作的，长期承受张力、微风振动和温度场的联合作用。由于张力的存在，导线的微风振动疲劳属于非对称循环交变应力下的疲劳问题，还需要考虑平均应力对疲劳寿命的影响。因为导线钢芯和铝股线胀系数的不同，各股层的应力和温度之间的关系不尽相同，所以准确分析导线在运行温度场中的应力分布对精确计算输电导线微风振动疲劳寿命很有必要。然而现有文献很少涉及导线温度对线股分层应力及微风振动特性影响的研究，针对这一问题，本文主要做了以下几方面的工作：
　　首先基于钢芯铝绞线的结构分层特性，利用导线各股层的变形协调条件建立导线的力学平衡方程求解导线在张力和温度作用下各股层的应力，利用ANSYS建立导线的精细模型，加载后与理论计算值对比，验证理论的正确性，然后分析整体温度和径向温度对外层铝股张力的影响；然后分析了导线悬挂点处最外层铝股因导线温度的变化而引起的应力变化。
　　其次，介绍了导线微风振动的机理，通过研究导线振动时微风输入功率、导线自阻尼功率，运用能量平衡法对输电导线振动强度进行了评估，然后分析了导线张力、地形和档距对微风振动振幅的影响，着重分析了温度、风速共同作用对导线振动的影响。
　　最后，系统地介绍了导线寿命预测的详细过程，着重分析了导线风向、风速概率分布，通过微风振动的动弯应力和导线线股的平均应力，求解输电线的等效交变应力幅值；基于风速、风向的联合概率，得到年平均微风振动时间；通过Miner线性累计损伤原理和输电线的S-N曲线，评估输电导线的疲劳寿命。研究了输电线张力、地形、悬挂点高度，尤其是温度对输电导线疲劳寿命的影响程度。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 考虑温度的线股应力分析

2.1 引言

2.2 导线线股温度应力计算方法

2.3 导线线股应力有限元分析

2.4 温度对各股线应力分布的影响

2.5 导线应力变化的状态方程式

2.6 考虑蠕变下的外层铝股应力分配

2.7 本章小结

3 导线微风振动分析

3.1 导线的微风振动

3.2 微风振动的理论振幅求解

3.3 导线微风振动参数分析

3.4 温度对振动振幅的影响

3.5 本章小结

4 导线疲劳寿命预测

4.1 风速及风向概率分布

4.2 导线疲劳准则与寿命估计

4.3 算列分析

4.4 疲劳寿命影响因素研究

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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