复合材料输电杆塔受力性能研究

摘要

输电塔架是一种广泛应用的超静定结构。随着国家基础设施建设的不断投入，输电线路建设取得了长足的发展，输电塔作为其中的重要组成部分，日益成为国家基础设施建设的重要对象。在当前国家奉行可持续发展战略，建设环境友好型、资源节约型社会的大前提下，更加轻质环保的复合材料应用于输电杆塔上成为了输电线路建设的一大趋势。但复合材料是新兴材料，应用于输电杆塔上的实例较少，国内研究尚处于初始阶段。因此，对复合材料输电杆塔进行专门的受力性能研究具有重大意义。
　　本文总结了复合材料输电杆塔的研究现状、数值模拟的一般方法以及问题的复杂性，以某复合材料输电杆塔为研究对象，进行了三维有限元分析。采用有限元软件及其中的各向异性单元及各向同性梁单元为建模和计算的工具，分别建立了单杆模型、横担模型和整塔模型进行分析。
　　在单杆与横担模型有限元分析中，本文选取了实际工程中常见的截面尺寸和横担样式。首先用各向异性单元进行模拟，分析其位移和应力情况。然后探索一种简单方法，使得各向同性单元可以替代各向异性单元。之后用各向同性梁单元建立同样的单杆和横担模型，将两种单元的位移和应力数据进行比较，发现用各向同性单元来替换各向异性单元是可行的。
　　在整塔模型有限元分析中，建立了一个复合材料塔架的计算机分析模型，进行了44种不同工况下的静力分析。在研究其位移、内力情况的基础上，得到该塔的位移和内力控制工况。研究了该塔主材各杆件的应力值，分析了弯曲应力占比，进行了选材校核，得到了一些有益的结论。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2应用及研究现状

1.3本文研究内容

2 复合材料的基本力学理论

2.1各向异性材料的应力-应变关系

2.2正交各向异性材料的工程弹性常数

2.3本章小结

3 复合材料杆件的等效各向同性梁计算方法

3.1运用各向异性单元进行的有限元分析

3.2运用各向同性单元进行的有限元分析

3.3 本章小结

4 复合杆塔整塔的有限元分析

4.1杆塔设计方案

4.2荷载分析

4.3有限元模型建立

4.4计算结果及分析

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献