有限元Comsol Multiphysics的输电杆塔模态分析

结 论

结论和展望

总结

本文以选取110kV 高压输电塔线作为研究对象，利用有限元软件COMSOL Multiphysics为研究平台，通过CAD软件建立了二维的酒杯型输电塔的有限元模型，通过在有限元软件中设置约束模拟了输电塔架在风载荷、覆冰载荷以及基础沉降情况下的受力情况，并进行了静动力特性分析。主要结论如下:

（1）研究了输电塔有限元建模思想和方法，使用CAD软件建立了输电塔塔的2维桁架模型。 (2) 对风载荷、覆冰载荷、基础沉降对输电塔线的影响进行了研究，计算了对应的附加载荷。

(3) 根据设计规则查到了计算风载荷时所用到的各个参数，并根据风载荷标准值公式计算出酒杯型输电塔在不同高度范围内的分段风载荷；风载荷属于面载荷，在加载的过程当中应当施加面载荷，但由于本次设计采用桁架结构并没有面元素，所以本文研究中将面载荷等效施加在主材的节点上。

(4) 通过输电塔架在位移云图分析，可以发现以瞬时力作用在输电塔架横担上的输电线自重会使输电塔的总位移量增加，输电塔架的应力分布会发生变化，其对输电塔架的影响需要考虑。

(5) 对建立的输电塔进行了模态分析，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，对过早出现局部模态的位置要加强其结构强度。

展望

通过有限元软件研究输电塔架在各种极端条件下的静、动力学特性对提高高压输电线路的安全性和可靠性有着非常重要的实际应用价值。但是由于目前一些理论不够完善，高压输电塔架组成结构的复杂性，本文所做的研究有比较大的局限性，许多问题还需要进一步研究：

(1) 采集大量的输电塔架的静力和动力实测数据，将实测数据与理论研究结果对比，修正现有的经验公式和设计规范。

(2) 对各种极端条件组合情况下的输电塔架进行静态和动态特性分析。

(3) 本文在研究输电塔架的动态特性时，没有研究塔线耦合问题。即动态风对导线的舞动影响，和导线舞动对输电塔架的影响。

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致 谢

参考文献

[1]李清华.特高压输电杆塔动力特性分析快速建模研究[J].国电电力建设研究所. 2006,27(5)：05-07

[2] A.M. Loredo-Souza, A.G. Davenport. The influence of the design methodology in the response of transmission towers to wind loading[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2003 (91) : 995-1005. [3]赵静.超高压输电塔架结构控制内力分析.重庆大学.2007

[4]唐波.迟兴江.姚磊.新型绝缘输电杆塔的发展及展望[J].电力学报.2010,25(4)：25-27 [5]张晓华.输电线路杆塔精细建模及冲击特性的研究.华北电力大学.2014 [6]高红旭.110kV大型高压输电塔架的静动力特性的研究.东北石油大学.2014 [7]郭勇.大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究.浙江大学.2006 [8]孔贝贝.输电塔及塔线体系的静动力特性分析.山东大学.2012 [9]任杰.输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究.华北电力大学.2014

[10] 杨靖波.李茂华.杨风利.韩军科.我国输电线路杆塔结构研究新进展[J].电网建设.2008,32(22)：77-83.

[11]Kalman T, Farzaneh M, McClure G. Numerical analysis of the dynamic effects of shock-load-induced ice shedding on overhead ground wires[J]. Computers & structures, 2007, 85(7): 375-384. [12]Hongnan L, Suyan W, Qianxin W. Response of transmission tower system to horizontal and Rocking earthquake excitations[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1997, 17(4): 34-42.

[13] 柳春光, 王前信. 输电塔-大垂度电缆体系的地震反应上限[J]. 工程力学, 1994, 11(3): 91-98.

[14] 孟遂民, 杨暘, 康渭铧, 等. 基于 ANSYS 的输电铁塔试验仿真研究[J]. 水电能源科学, 2011, 29(001): 142-145.

[15] 潘兹勇.输电塔架结构的极限承载力分析[J].建筑与结构设计,2009,11:

25-30.

[17] 宋梦娇.高压输电塔结构优化设计方法的研究.华北电力大学.2013

[18] 李宏男,王前信.大跨越输电塔体系的动力特性[J].土木工程学报, 1997, 30(5): 28-36.

[19] 梁波.架空输电铁塔动力风响应的数值模拟[J].同济大学学报,2005,5

(30):583-590.

29

致 谢

[20] 杨必峰.输电塔线体系的索杆混合有限元法[J].同济大学学报,2004,3(32):296-306.

[21] 李宏男.高压输电塔抗震分析与设计[M].北京:中国电力出版社,2009

[22] Comsol Multiphysics基本操作指南和常见问题解答[M].北京：人民交通出版社，2009（55）

30

致 谢

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