【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于預制式電纜中間接頭界面壓力，特別是一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真方法及系統。
技術介紹
1、電場分布和界面壓力是高壓電纜附件（如電纜中間接頭）絕緣結構設計核心要素，位于場強控制元件和電纜絕緣體之間的界面壓力對電纜附件絕緣特性（擊穿強度、局部放電等）起決定性作用。該界面壓力是通過電纜附件與電纜本體絕緣層過盈配合實現的，界面壓力過小，則不能滿足電纜附件電氣強度的要求，容易產生氣隙、空腔，導致電纜附件沿界面擊穿；而界面壓力過大，則使電纜附件安裝困難，在過盈配合下安裝會造成電纜附件撐裂破損，且運行一段時間后，容易造成應力松弛現象。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是克服上述現有存在的技術問題，提供一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真方法及系統，其通過回波信號非線性參數分析界面壓力的準確值，為電纜中間接頭安裝安全質量檢查、電纜中間接頭出廠界面壓力試驗檢測及在運電纜中間接頭運行維護提供參考依據。
2、為此，本專利技術采用如下的技術方案。
3、第一方面，本專利技術提供一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真方法，其包括：
4、基于預制式電纜中間接頭表面及電纜本體表面粗糙度測量，根據預制式電纜中間接頭內部結構建立二維仿真的固體力學幾何模型；
5、設置固體力學幾何模型的材料參數；
6、設置固體力學幾何模型的邊界條件；
7、利用固體力學幾何模型及材
8、將經過應力仿真后的固體力學幾何模型導入到聲場耦合模型中，聲場中采用固體力學物理場與靜電物理場耦合，進行超聲信號仿真；
9、通過超聲信號仿真計算得到某壓力下的超聲回波信號結果，對回波信號進行快速傅里葉變換得到基波和諧波幅值，并計算該壓力下的超聲非線性參數值，得到超聲非線性參數與壓力之間的對應關系；結合預制式電纜中間接頭實際狀態，開展不同界面壓力對超聲非線參數影響的仿真計算。
10、進一步地，所述的固體力學幾何模型包括依次連接的硅橡膠幾何模型、半導電硅橡膠幾何模型及交聯聚乙烯幾何模型，半導電硅橡膠幾何模型與交聯聚乙烯幾何模型之間的接觸面為粗糙接觸界面，該粗糙接觸界面對應的模型為接觸界面粗糙度幾何模型，所述的接觸界面粗糙度服從預制式電纜中間接頭表面及電纜本體表面粗糙度的測量結果；所述固體力學幾何模型的材料參數包括硅橡膠的yeoh模型參數，半導電硅橡膠的yeoh模型參數，交聯聚乙烯的密度、楊氏模量和泊松比。
11、進一步地，固體力學幾何模型的邊界條件設置如下：設置半導電硅橡膠幾何模型的下界面為上粗糙接觸界面，交聯聚乙烯幾何模型的上界面為下粗糙接觸界面，由上、下粗糙接觸界面形成接觸對，交聯聚乙烯幾何模型的下表面設置固定約束邊界條件，通過硅橡膠幾何模型的上表面添加指定載荷來產生接觸界面的壓力。
12、進一步地，超聲信號仿真時，將受力之后的固體力學幾何模型作為聲場仿真瞬態分析的基礎模型，在固體力學幾何模型的上表面添加靜電材料幾何模型，靜電材料幾何模型的下邊界設置激勵電勢，用于模擬探頭產生的激勵信號，靜電物理場作用域為靜電材料幾何模型。
13、進一步地，固體力學物理場的作用域為整個固體力學幾何模型及靜電材料幾何模型，靜電材料幾何模型的下邊界設置為低反射或零反射邊界，固體力學幾何模型的兩側設置為低反射或零反射邊界。
14、進一步地，超聲信號仿真時，將靜電材料、硅橡膠、半導電硅橡膠及交聯聚乙烯的網格尺寸設置為超聲波長的1/20到1/10之間。
15、進一步地，聲場仿真瞬態分析的時間步長設置為測得回波信號的二次諧波頻率的1/20。
16、進一步地，在靜電材料幾何模型下表面設置邊界探針，取靜電材料幾何模型下表面檢測信號的積分值，計算得到一定界面壓力下的回波信號圖。
17、進一步地，對測得一定界面壓力下的回波信號圖進行快速傅里葉變換，并分析回波信號圖的非線性參數，其計算公式為：，
18、其中，a2為進行快速傅里葉變換后回波信號圖的二次諧波幅值，a1為進行快速傅里葉變換后回波信號圖的一次諧波幅值。
19、第二方面，本專利技術提供一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真系統，其包括：
20、固體力學幾何模型構建單元：基于預制式電纜中間接頭表面及電纜本體表面粗糙度測量，根據預制式電纜中間接頭內部結構建立二維仿真的固體力學幾何模型；
21、材料參數設置單元：設置固體力學幾何模型的材料參數；
22、邊界條件設置單元：設置固體力學幾何模型的邊界條件；
23、接觸應力仿真單元：利用固體力學幾何模型及材料參數和邊界條件的設置，采用穩態力學分析模式進行不同應力條件下的接觸應力仿真；
24、超聲信號仿真單元：將經過應力仿真后的固體力學幾何模型導入到聲場耦合模型中，聲場中采用固體力學物理場與靜電物理場耦合，進行超聲信號仿真；
25、仿真計算單元：通過超聲信號仿真計算得到某壓力下的超聲回波信號結果，對回波信號進行快速傅里葉變換得到基波和諧波幅值，并計算該壓力下的超聲非線性參數值，得到超聲非線性參數與壓力之間的對應關系；結合預制式電纜中間接頭實際狀態，開展不同界面壓力對超聲非線參數影響的仿真計算。
26、本專利技術具有的有益效果如下：
27、本專利技術可分析超聲在電纜中間接頭內的傳播規律，可通過仿真的手段檢測不同過盈量下的電纜中間接頭界面壓力值；本專利技術彌補了現有電纜中間接頭界面壓力無法檢測、無法分析超聲在電纜中間接頭內的傳播規律的缺點，實現了對高壓電纜中間接頭界面壓力的準確檢測，為電纜中間接頭安裝安全質量檢查、電纜中間接頭出廠界面壓力試驗檢測及在運電纜中間接頭運行維護提供參考依據。
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1.一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的固體力學幾何模型包括依次連接的硅橡膠幾何模型、半導電硅橡膠幾何模型及交聯聚乙烯幾何模型，半導電硅橡膠幾何模型與交聯聚乙烯幾何模型之間的接觸面為粗糙接觸界面，該粗糙接觸界面對應的模型為接觸界面粗糙度幾何模型，所述的接觸界面粗糙度服從預制式電纜中間接頭表面及電纜本體表面粗糙度的測量結果；
3.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于，固體力學幾何模型的邊界條件設置如下：設置半導電硅橡膠幾何模型的下界面為上粗糙接觸界面，交聯聚乙烯幾何模型的上界面為下粗糙接觸界面，由上、下粗糙接觸界面形成接觸對，交聯聚乙烯幾何模型的下表面設置固定約束邊界條件，通過硅橡膠幾何模型的上表面添加指定載荷來產生接觸界面的壓力。
4.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于，超聲信號仿真時，將受力之后的固體力學幾何模型作為聲場仿真瞬態分析的基礎模型，在固體力學幾何模型的上表面添加靜電材料幾何模型，靜電材料幾何模型的下邊界設置激勵電勢，用于模擬探
5.根據權利要求4所述的仿真方法，其特征在于，固體力學物理場的作用域為整個固體力學幾何模型及靜電材料幾何模型，靜電材料幾何模型的下邊界設置為低反射或零反射邊界，固體力學幾何模型的兩側設置為低反射或零反射邊界。
6.根據權利要求4所述的仿真方法，其特征在于，超聲信號仿真時，將靜電材料、硅橡膠、半導電硅橡膠及交聯聚乙烯的網格尺寸設置為超聲波長的1/20到1/10之間。
7.根據權利要求4所述的仿真方法，其特征在于，聲場仿真瞬態分析的時間步長設置為測得回波信號的二次諧波頻率的1/20。
8.根據權利要求4所述的仿真方法，其特征在于，在靜電材料幾何模型下表面設置邊界探針，取靜電材料幾何模型下表面檢測信號的積分值，計算得到一定界面壓力下的回波信號圖。
9.根據權利要求8所述的仿真方法，其特征在于，對測得一定界面壓力下的回波信號圖進行快速傅里葉變換，并分析回波信號圖的非線性參數，其計算公式為：，
10.一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種預制式電纜中間接頭界面壓力對超聲非線參數影響的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的固體力學幾何模型包括依次連接的硅橡膠幾何模型、半導電硅橡膠幾何模型及交聯聚乙烯幾何模型，半導電硅橡膠幾何模型與交聯聚乙烯幾何模型之間的接觸面為粗糙接觸界面，該粗糙接觸界面對應的模型為接觸界面粗糙度幾何模型，所述的接觸界面粗糙度服從預制式電纜中間接頭表面及電纜本體表面粗糙度的測量結果；
3.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于，固體力學幾何模型的邊界條件設置如下：設置半導電硅橡膠幾何模型的下界面為上粗糙接觸界面，交聯聚乙烯幾何模型的上界面為下粗糙接觸界面，由上、下粗糙接觸界面形成接觸對，交聯聚乙烯幾何模型的下表面設置固定約束邊界條件，通過硅橡膠幾何模型的上表面添加指定載荷來產生接觸界面的壓力。
4.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于，超聲信號仿真時，將受力之后的固體力學幾何模型作為聲場仿真瞬態分析的基礎模型，在固體力學幾何模型的上表面添加靜電材料幾何模型，靜電材料幾何模型的下邊界設置激勵電勢，用于模擬探頭產生的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹俊平，夏榮，高智益，袁建軍，王昱力，王少華，姜云土，李特，楊勇，馬鈺，
申請(專利權)人：國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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