有限元Comsol Multiphysics的输电杆塔模态分析

第一章 绪论

最后一行，Number of elements的下拉框中的5修改为1.原因是桁架结构的铁塔中，每一段钢筋单元就是一个受力单元，不能再细分了。图4.6为输电塔网格划分界面。

图4.6 输电塔网格划分界面

（5）求解

划分完网格，进行求解。在study选项的展开框中点击compute，进行求解计算。 （6）后处理，结果可视化、输出动画

求解完模型以后，需要查看结果。点击COMSOL Multiphysics 软件界面左边的result，在展开列表中点击export选项，选择player就可以输出输电塔在载荷的作用下变形的动画。

4.3 输电塔线体系的模态分析 4.3.1输电塔塔模态分析

将2D输电塔模型导入COMSOL Multiphysics 软件，进行模态分析，图 4.7～图 4.16 是输电塔的前十阶振型位移云图。图4.7为输电塔的第一阶振型(频率：1.1981Hz),表现为瓶口以上曲臂以及横担的 X、Y向水平整体振型；图4.8为输电塔的第二阶振型(频率：2.2194Hz),表现为曲臂以及横担的 Y向水平整体振型；图4.9为输电塔的第三阶振型(频率：6.6288Hz),表现为塔腿横隔附近塔身斜材局部振型；图4.10为输电塔的第四阶振型(频率：14.8254Hz),表现为输电塔架上部整体扭转振型；图4.11为输电塔的第五阶振型(频率：14.9445Hz),表现为塔头部位斜材局部振型；图4.12为输电塔的第六阶振型(频率：23.6563Hz),表现为塔头部y向水平局部振型；图4.13为输电塔的第七阶振型(频率：23.9245Hz),表现为塔腿辅材局部振型；图4.14为输电塔的第八阶振型(频率：29.1648Hz),表现为塔腿扭曲振型；图4.15为输电塔的第九阶振型(频率：30.2406Hz),表现为塔顶横隔

24

第一章 绪论

处以上塔身斜材局部振型；图4.16为输电塔的第十阶振型(频率：39.0350),表现为整体扭曲振型。

图 4.7 一阶模态 图4.8 二阶模态

图4.9 三阶模态 图4.10 四阶模态

图4.11 五阶模态 图4.12 六阶模态

25

第一章 绪论

图4.13 七阶模态 图4.14 八阶模态

图4.15 九阶模态 图4.16 十阶模态

对输电塔架前10 阶振型进行分析发现，输电塔的第2阶振型主要表现为X方向的位移变化，输电塔架的整体扭转出现在其第四阶振型，其它振型表现都为局部振型。塔身以及塔腿部是发生局部振型的多发地带。而过早出现局部振型，表明此处是需要进行结构加固的关键部分，是输电塔结构的脆弱部位。对结构低阶模态的振型和频率的研究分析，对发现结构的潜在隐患和改进有重要作用。其中最大位移量出现在第7, 8阶局部振型位移云图，塔腿处出现最大位移，发生在塔腿中下部的辅材处。

4.3.2输电塔线耦合模态分析

在风载荷对塔线作用时，会引起导线晃动。导线的晃动又会反作用于输电塔，所以要考虑塔线耦合的问题。本次研究时，由于建立的是2维模型，所以将输电线简化为一个质量点进行研究。简化的模型选择质量点如图4.17所示。图4.18是加上质量点之后塔线耦合输电塔应变图，从图可以看出输电塔的变形比较大，设计输电塔时需要考虑塔线耦合问

26

第一章 绪论

题。

图4.17 塔线耦合质量点的选择

图4.18 塔线耦合输电塔应变图

4.4 本章小结

本章主要对输电单塔的动力特性进行了研究,在COMSOL Multiphysics软件中对中输电塔线体系的模态分析进行了仿真分析。通过模态分析，得到了输电塔架的前10阶自振频率以及对应的自振振型，发现输电塔架的塔腿以及塔身部分容易出现局部模态，而输电塔架的整体振型比较集中的出现在前4阶振型中。对过早出现局部模态的位置要加强其结构强度。

27