大跨越架空输电线微风振动模型研究

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随着输电线路跨径的飞速增长,输电导线的长度也大大增加,导线具有柔度大、阻尼小等特点,在0.5m/s-10.0m/s左右的横风作用下,输电导线极易发生高频低幅的振动,这种现象称之为微风振动。由微风振动的特点可知,微风振动发生的条件极易满足,从而引起输电导线的疲劳断股和磨损破坏,影响输电线路的安全、使用性能与寿命。大跨越输电线微风振动特性研究的成果可以有效指导输电线路的设计和防振措施的评估,从而提高了输电线路的安全性和稳定性,更好的服务于工业发展和社会繁荣,具有实际意义和经济效益。  本文针对大跨越输电导线微风振动模型进行了深入的研究,首先,结合弹性力学和流体力学的相关知识推导输电线涡激力的理想表达式、建立输电线的力学模型,然后推导出考虑对称性时微风振动振型函数的表达式,基于伽辽金模态截断理论,建立了不同振型函数时输电线微风振动方程,并基于多尺度法得到幅频方程,编制程序进行数值计算,研究了反对称和正对称振型选择对振动特性的影响规律,通过MATLAB数值模拟分析了各因素对大跨越导线微风振动强度的影响。最后通过运用有限元分析软件ANSYS利用索单元模拟输电线,确定输电线的初始位形,并用理论计算值验证找形的精确性,然后对输电线进行动力仿真。文章通过对大跨越输电导线微风振动模型的研究可得:  1)scanlan涡激力模型下输电线微风振动的稳态振幅相对于理想激励下输电线的稳态振幅较大,因为理想激励力没有考虑导线尾流中会产生规律性的卡门旋涡脱落对导线的反作用;  2)当考虑振型对称性时,大跨越输电导线微风振动的振幅相对不考虑振型对称性时大得多,造成的误差不容忽视,因此考虑微风振动振型对称性时,使输电线系统更加安全可靠,所以在进行大跨越输电线微风振动分析时要考虑到振型的对称性;  3)大跨越输电导线微风振动的振幅随着运行张力的增加逐渐减小,所以输电线的运行张力对微风振动有着抑制作用,可以通过增加运行张力来控制微风振动的影响;在风速0.5m/s~10m/s时微风振动的振幅先快速增加到最大振幅后再逐渐减小达到稳定,其主要是因为输电导线自阻尼对高风区域耗能强的原因;当地形条件起伏较大时,输电线的振动强度降低,当在平坦开阔、近大水面地带,输电导线的振动强度大于其他地形条件下的振动强度。
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