一種電力線夾有限元仿真分析方法技術

本發明專利技術公開了一種電力線夾有限元仿真分析方法，包括以下步驟：S1.利用三維軟件建立電力線夾模型；S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導入有限元仿真分析軟件中；S3.建立坐標系，劃分電力線夾模型的網格，劃分成四面體網格；S4.施加電力線夾模型的邊界條件進行仿真計算；S5.計算獲得結果；S6.將仿真計算的結果處理成仿真云圖或相應的數據形式，通過仿真云圖觀察應力分布的整體和局部狀態，確定仿真云圖上電力線夾各個部位的應力數值。通過本發明專利技術的方法可以對線夾進行快速建模并對線夾受力進行仿真分析，獲取其應力集中部位，進而對應力集中部位進行重點優化和缺陷監測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及線夾
，更具體的是一種電力線夾有限元仿真分析方法。
技術介紹
電力線夾包括懸垂線夾和耐張線夾等。懸垂線夾用于導線等在直線桿塔的連接；耐張線夾，用于固定導線的端頭，以承受導線張力，并將導線掛至耐張串組或桿塔上的金具。懸垂線夾現在在國內應用廣泛，是架空輸電線路中的一種重要金具，在架空輸電線路中直接與導線接觸，起著穩固、支托及懸掛輸電電線的作用。在實際工況下，懸垂線夾受到橫向、縱向及垂直方向上的作用力，受力狀態較為復雜，且懸垂線夾的受力情況決定了懸垂線夾中的應力分布特性。由于受到制造工藝缺陷和服役中的應力載荷的影響，電力線夾尤其是懸垂線夾可能會產生缺陷，致使線夾破壞失效，進而可能引發輸電線路故障，造成巨大的經濟損失。因此，研究線夾在役狀態下的應力分布情況，分析其應力集中部位，對線夾的結構設計和檢測的優化以及懸垂線夾表面缺陷的監測是十分有必要的，對保障電力供應安全具有非常重要的現實意義。
技術實現思路
本專利技術提供了一種電力線夾有限元仿真分析方法，通過該方法可以對線夾進行快速建模并對線夾受力進行仿真分析，獲取其應力集中部位，進而對應力集中部位進行重點優化和缺陷監測。為實現上述目的，本專利技術的技術方案為：一種電力線夾有限元仿真分析方法，包括以下步驟：S1.利用三維軟件建立電力線夾模型，電力線夾模型包括線夾本體模型、螺栓模型和導線模型；S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導入有限元仿真分析軟件中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數；S3.建立坐標系，劃分電力線夾模型的網格，定義網格的大小；S4.施加電力線夾模型的邊界條件進行仿真計算，所述邊界條件包括螺栓預緊力、載荷、約束和接觸；S5.計算獲得結果；S6.將仿真計算的結果處理成仿真云圖或相應的數據形式，通過仿真云圖觀察應力分布的整體和局部狀態，確定仿真云圖上電力線夾各個部位的應力數值。進一步的，所述三維軟件為Pro/Engineer三維軟件。進一步的，所述有限元仿真分析軟件為ADAMS、SolidWorksSimulation、ANSYS中的一種。進一步的，所述有限元仿真分析軟件為ANSYS。進一步的，所述步驟S1中，建立電力線夾模型具體操作步驟為：預先構建線夾本體模型及與線夾本體配套使用的螺栓模型、導線模型，再完成線夾本體模型、螺栓模型和導線模型之間的裝配。進一步的，所述步驟S2中，特性參數包括材料的密度、彈性模量和元素含量。進一步的，所述步驟S2中，電力線夾模型的網格為四面體網格。通過上述技術方案，可以對線夾進行快速建模并對線夾受力進行仿真分析，然后通過獲得的仿真云圖獲取線夾應力集中部位，進而對應力集中部位進行重點優化和缺陷監測，由此可見，通過本專利技術的電力線夾有限元仿真分析方法，可對線夾重點部位的結構進行優化設計，同時也可對制造獲得的線夾成品進行仿真檢測，尤其是對含缺陷的線夾進行仿真檢測，大大提高了線夾應用的安全性。附圖說明圖1是本專利技術的流程圖。圖2是實施例的獲得的仿真云圖。具體實施方式以下結合具體實施例對本專利技術作進一步說明，但本專利技術的保護范圍不限于以下實施例。S1.利用三維軟件Pro/Engineer建立電力線夾模型，先分別構建XGU-4型線夾的線夾本體模型、螺栓模型和導線模型，再完成線夾本體模型、螺栓模型和導線模型之間的裝配；建立好三維模型之后，根據文件格式要求保存為相應格式IGES。S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導入有限元仿真分析軟件ansys中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數，材料屬性為可鍛鑄鐵件，特性參數：抗拉強度為330MPa，伸長率為12%，布氏硬度為150HB，彈性模量為48GPa、泊松比為0.18。S3.建立坐標系，劃分電力線夾模型的網格，劃分成四面體網格，再定義網格的大小。S4.施加電力線夾模型的邊界條件進行仿真計算，邊界條件包括螺栓預緊力、載荷、約束和接觸。載荷通過局部坐標系來完成，約束是以線夾體銷孔的上表面來約束整個線夾，接觸是通過模塊中contacts來完成定義。其中，邊界條件的確定過程為：根據相應線夾標準給定的導線類型鋼芯鋁絞線來查閱相關手冊，通過計算確定了550m長導線的重力值約為528.44kg，再根據懸垂線夾的使用手冊確定安全系數為2，最終確定仿真施加載荷約為11.2kN。由導線和懸垂線夾的接觸方式確定各接觸類型，除導線和蓋板之間為摩擦型接觸，其他接觸全為綁定型接觸。線載荷的施加方向與懸垂線夾底面垂直。設定懸掛螺栓為完全約束，以此約束整個模型。根據仿真前的一些仿真驗證，確定螺栓預緊力對懸垂線夾應力分沒有影響，再設定螺栓預緊力為1000N。S5.計算獲得結果。S6.將仿真計算的結果處理成仿真云圖，仿真云圖如圖1所示，通過仿真云圖觀察應力分布的整體和局部狀態，利用探針標記可以確定仿真云圖上電力線夾各個部位的應力數值。由圖可知，在懸垂線夾口的加強邊邊緣應力集中部位受力載荷為140.22MPa左右，該受力載荷遠遠小于材料抗拉強度3305MPa，懸垂線夾質量檢測點和在役懸垂線夾狀態監測點，都是安全的。含缺陷線夾的斷裂仿真與無缺陷仿真過程相同，根據斷裂韌性分析和實際裂紋的近似處理等條件，可用三維軟件模擬線夾內部缺陷來研究理論狀態下線夾的鑄造缺陷，考慮到缺陷群的相互作用、裂紋形狀的影響和應力強度因子的計算等因素，取其中一個內部缺陷進行研究分析，從而進行缺陷線夾的仿真計算。對比無缺陷線夾和有缺陷線夾應力分布狀態，觀察相關變化，并記錄相關不同點。針對應力集中載荷最大處進行重點監測，記錄應力集中載荷的變化，對比兩種線夾的變化趨勢。通過本專利技術的電力線夾有限元仿真分析方法，可對懸垂線夾口的加強邊邊緣應力集中部位的結構進行優化設計，同時也可對制造獲得的線夾成品進行仿真檢測，尤其是對含缺陷的線夾進行仿真檢測，大大提高了線夾應用的安全性。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電力線夾有限元仿真分析方法，其特征在于包括以下步驟：S1.利用三維軟件建立電力線夾模型，電力線夾模型包括線夾本體模型、螺栓模型和導線模型；S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導入有限元仿真分析軟件中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數；S3.建立坐標系，劃分電力線夾模型的網格，定義網格的大??；S4.施加電力線夾模型的邊界條件進行仿真計算，所述邊界條件包括螺栓預緊力、載荷、約束和接觸；S5.計算獲得結果；S6.將仿真計算的結果處理成仿真云圖或相應的數據形式，通過仿真云圖觀察應力分布的整體和局部狀態，確定仿真云圖上電力線夾各個部位的應力數值。

【技術特征摘要】
1.一種電力線夾有限元仿真分析方法，其特征在于包括以下步驟：S1.利用三維軟件建立電力線夾模型，電力線夾模型包括線夾本體模型、螺栓模型和導線模型；S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導入有限元仿真分析軟件中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數；S3.建立坐標系，劃分電力線夾模型的網格，定義網格的大??；S4.施加電力線夾模型的邊界條件進行仿真計算，所述邊界條件包括螺栓預緊力、載荷、約束和接觸；S5.計算獲得結果；S6.將仿真計算的結果處理成仿真云圖或相應的數據形式，通過仿真云圖觀察應力分布的整體和局部狀態，確定仿真云圖上電力線夾各個部位的應力數值。2.根據權利要求1所述的電力線夾有限元仿真分析方法，其特征在于：所述三維軟件為Pro/Engineer三維軟件。3.根據權利要求1所述的電力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張興森，梁世容，彭家寧，盧展強，邊美華，劉桂嬋，梁慶國，
申請(專利權)人：廣西電網有限責任公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：廣西;45