输电铁塔试验仿真系统的分析模型研究

摘要

电力能源是国家的经济命脉。我国处于自然灾害多发区,2008年雪灾后,国家电力部门在2010年7月颁布了新的线路设计标准。为了适应新规范和建设特高压电网、坚强电网、智能电网的要求,需要设计和改进一系列高质量高水平的杆塔。而新型杆塔在进行大规模应用前需要进行真型塔试验,而一旦试验时发生破坏,就必须重新设计和制作新塔。这样势必会造成设计成本增加,设计周期增长。因此有必要开发一套铁塔试验仿真系统进行铁塔试验前的仿真模拟,进而提高铁塔试验的成功率,甚至部分取代一些试验,而铁塔试验仿真系统里首先要解决的问题就是铁塔仿真模型的准确性。
　　本文基于真塔试验数据,利用大型有限元仿真软件ANSYS对铁塔进行仿真分析。推导了空间杆单元和空间梁单元的质量矩阵和刚度矩阵,利用不同的建模方法建立了鼓型塔的钢架模型、桁梁模型和等截面梁模型,分析了设计院提供的鼓型塔1:1真型塔试验数据。由于铁塔试验加载时存在一定的角度,为了使仿真模型分析更加精确,采用换算后的12种工况的试验荷载对三种仿真模型进行分析,然后将三种仿真模型计算的应变改变值和试验应变改变值进行对比分析,通过分析可知三种铁塔仿真模型的主材误差较小,斜材和横隔材误差较大,三种模型中桁梁模型和试验数据最接近。然后利用桁梁模型进行了铁塔位移分析、支座反力分析、极限承载力分析、塔材测点位置分析。通过对桁梁模型在60°风工况下位移分析可知,铁塔位移值从下到上呈现逐渐增大的趋势,位移仿真值比试验值要小,位移试验值和仿真值都呈现线性增长,都未进入非线性状态,铁塔可以承受更大的荷载。通过对铁塔在60°风工况下的极限承载力分析可知,鼓型塔的极限承载力为1.67倍100％设计荷载。通过对12种工况下铁塔3种材料角钢最大应力及发生位置的分析,可以做出新的塔材测点位置分布图,对铁塔试验提供一定的参考。

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引 言

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 有限元理论

2.1 有限元 ANSYS 简介

2.2 空间杆单元刚度矩阵和质量矩阵的求解

2.3 空间梁单元刚度矩阵和质量矩阵的求解

2.4 本章小结

3 铁塔仿真模型的建立

3.1 输电铁塔简介

3.2 输电铁塔仿真模型建立过程分析

3.3 鼓型塔线框模型的建立

3.4 鼓型塔有限元模型的建立

3.5 本章小结

4 鼓型塔真型塔试验说明

4.1 鼓型塔设计荷载计算

4.2 鼓型塔试验说明

4.3 本章小结

5 铁塔仿真模型对比研究

5.1 仿真模型计算荷载说明

5.2 仿真模型初始应变值分析说明

5.3 12 种工况下的三种仿真模型对比分析

5.4 质量增大系数对模型的影响分析

5.5 本章小结

6 桁梁模型仿真分析

6.1 位移分析

6.2 铁塔支座反力分析

6.3 铁塔极限承载力分析

6.4 铁塔测点位置分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

后 记

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论著