基于ANSYS的架空输电线找形分析

[摘 要]介绍了架空输电线找形分析的解析法，引入了非线性有限元找形的基本原理，提出了架空输电线ANSYS找形分析的有限元精确方法，分析结果表明，该方法具有较高的准确性。

[关键词]架空输电线 找形 有限元

中图分类号：O242.21 文献标识码：O 文章编号：1009914X（2013）34004101

1 引言

研究架空输电线在自重或外荷载作用下的平衡位置和应力分布，就是通常意义上的“找形”分析，即初始构形分析[1]。架空输电线的初始构形分析，是进行输电线路风载、断线等动力分析的基础，找形结果的精确程度直接影响着后续动力分析结果的准确性。因此，对架空输电线的初始构形进行精确分析是非常必要的，以此为基础的后续动力分析结果才具有可信性和工程应用价值。

2 架空输电线找形分析的解析法

2.1 基本假定

1）架空输电线为理想柔索，既不能受压，也不能抗弯；

2）架空输电线垂度相比档距很小；

3）架空输电线材料符合胡克定律，满足小应变要求。

2.2 自重荷载下解析解

档距为l的架空输电线，A、B为两悬挂点，h为高差，沿线长作用有均布比载y，O为弧垂最低点，选取A点为坐标原点，自重荷载下架空输电线受力如图2-1所示。

3 架空输电线找形分析的非线性有限元法

3.1非线性有限元法找形分析的基本原理

对于悬索结构的找形研究，当前主要有三种方法：力密度法、动力松弛法和非线性有限元法，其中非线性有限元法应用较为广泛[3]。

非线性有限元法的基本原理：采用适当的初应变和较小的弹性模量，施加自重荷载，逐步更新有限元模型，设定大变形以及应力刚化，以水平张力为收敛条件，当迭代求解结果精度满足设定的收敛条件时退出循环，在此线形下，恢复材料的实际弹性模量，设定很小的初应变，进行自平衡求解，得到结构初始形态[4]。

文中采用LINK10杆单元模拟架空输电线。

3.2 算例分析

工程概况：1000kV晋东南-南阳-荆门特高压汉江大跨越的主跨档距1650m，跨越塔采用酒杯塔，塔高181.8米，高差0.5m，架空输电线物理特性参数见表3-1。

1）自重荷载下找形

将档内架空输电线划分为100个单元，以水平应力为迭代条件，进行ANSYS找形分析后的架空输电线在自重荷载下的初始形态位移矢量如图3-1所示。

由图3-1可知，经过若干次非线性迭代求解，架空输电线的最大位移矢量为8.10×10-6，近似为零，所以图中所示即可认为是架空输电线在自重荷载下的平衡位置。

选取档内代表节点和单元，将弧垂和应力的解析值与非线性有限元法找形所得模拟值列于表3-2、3-3中，由表中数据对比可知，非线性有限元找形结果与解析值较为接近，说明找形结果精度较高。

4 结论

借助大型通用有限元软件ANSYS进行架空输电线的初始构形分析是可行的，找形结果具有较高的准确性，供借鉴。

参考文献

[1] 曾黎玉.输电线路导线悬挂高等对导线覆冰影响的研究：[硕士学位论文].长沙：长沙理工大学，2008：7-8

[2] 孟遂民，孔伟.架空输电线路设计.北京：中国电力出版社，2007：57-63

[3] 袁驷等.索结构找形分析的精确单元法[J].建筑结构学报，2005，26（21）：46-51.

[4] ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007：467-471.