CN103076116B - 预制式电缆附件界面压力检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预制式电缆附件界面压力检测方法，包括以下步骤：1)测量电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量；2)采用有限元法对电缆附件及电缆进行三维建模；3)确定电缆附件与电缆的过盈量以及边界条件；4)在三维模型的内侧施加压力，检测预制式电缆附件由内侧至外侧发生的位移值，并根据该位移值和杨氏弹性模量计算电缆附件环形切向的等效内应力；5)根据等效内应力并结合三维模型获取电缆附件上的界面压力。与现有技术相比，本发明具有检测方便、准确性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆附件检测方法，尤其是涉及一种用于预制式电缆附件界面压力的检测方法。
背景技术
电缆附件是连接电缆与输配电线路及相关配电装置的产品，一般指电缆线路中各种电缆的中间连接及终端连接，它与电缆一起构成电力输送网络。电缆附件主要是依据电缆结构的特性，既能恢复电缆的性能，又保证电缆长度的延长及终端的连接。电缆附件与电缆主绝缘间的握紧力是保证输电线路安全运行的关键。而实际测量附件与电缆界面的压力非常复杂，这对电缆附件的结构设计及判断老化情况带来诸多困难。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种检测方便、准确性高的预制式电缆附件界面压力检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种预制式电缆附件界面压力检测方法，包括以下步骤：
1)测量电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量；
2)采用有限元法对电缆附件及电缆进行三维建模；
3)确定电缆附件与电缆的过盈量以及边界条件；
4)在三维模型的内侧施加压力，检测预制式电缆附件由内侧至外侧发生的位移值，并根据该位移值和杨氏弹性模量计算电缆附件环形切向的等效内应力；
5)根据等效内应力并结合三维模型获取电缆附件上的界面压力。
步骤1)具体包括以下步骤：
11)选取厚度为2mm的电缆片状试样及电缆附件片状试样；
12)根据国标GB1040-2006材料杨氏弹性模量测量方法，分别对电缆片状试样和电缆附件片状试样压制成标准哑铃状试样，哑铃状试样宽度为4mm，试样原始标距2mm；
13)将哑铃状试样置于拉伸试验机内夹具中，测量电缆片状试样和电缆附件片状试样的杨氏弹性模量值。
所述的电缆片状试样为交联聚乙烯片状试样，电缆附件试样为液体硅橡胶片状试样。
步骤2)具体包括以下步骤：
21)对电缆附件及电缆的接触面的过盈量和界面压力进行仿真；
22)根据已知的电缆截面尺寸和电缆附件厚度值，建立三维实体模型；
23)根据电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量测量结果，设置材料特性参数；
24)对三维实体模型进行网格划分，每个网格单元为六面体单元。
三维建模采用ANSYS软件，采用的网格划分方法包括自由网格划分、映射网格划分、拖拉网格划分和混合网格划分。
步骤3)中电缆附件与电缆之间采用面-面接触的方式确定过盈量，将一侧界面标定为目标面，另一侧界面标定为接触面，所述的目标面为刚性界面，所述的接触面为柔性面。
与现有技术相比，本发明通过实际测量其杨氏弹性模量，然后建立电缆附件三维模型，根据该三维模型获取接触面的过盈量与界面压力之间的关系，检测方法简单有效，可用于电缆附件的结构设计及判断老化中。
附图说明
图1为电缆附件与电缆绝缘界面压力检测流程图；
图2为位移场分布等值线图；
图3等效应力场分布等值线图；
图4界面压力分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种预制式电缆附件界面压力检测方法，包括以下步骤：
步骤1：测量电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量，具体测量方法如下：
1)选取厚度为2mm的电缆用交联聚乙烯片状试样及电缆用附件用液体硅橡胶片状试样；
2)根据国标GB1040-2006材料杨氏弹性模量测量方法，分别对交联聚乙烯片状试样和液体硅橡胶片状试样压制成标准哑铃状试样，哑铃状试样宽度为4mm，试样原始标距2mm；
3)将哑铃状试样置于拉伸试验机内夹具中，测量交联聚乙烯片状试样和液体硅橡胶片状试样的杨氏弹性模量值。
步骤2：采用有限元法对电缆附件及电缆进行三维建模。
1)仿真对象：实际运行中预制式电缆附件为保证一定的界面压力，以一定的过盈量与电缆套接。电缆附件三维数学模型的建立，针对附件运行过程中的最薄弱点——电缆附件与电缆接触处的夹层介质为研究对象来进行过盈量和界面压力的仿真与计算。
2)建立三维实体模型：根据已知的电缆截面尺寸和附件厚度值，利用ANSYS有限元软件中solid186单元建立初始1/4三维实体模型。
3)设置材料特性：根据材料杨氏弹性模量测量结果，设置材料特性参数。
4)进行划分网格：ANSYS网格划分方法包括自由网格划分、映射网格划分、拖拉网格划分、混合网格划分，本实施例中采用映射网格划分，网格单元为六面体单元。
步骤3：确定电缆附件与电缆的过盈量以及边界条件。
ANSYS有限元软件支持三种接触方式：点-点、点-面、面-面接触。本实施例采用面-面接触计算过盈配合问题。面-面接触计算中，把一个界面作为目标面，而把另一个界面作为接触面，目标面总是刚性的，接触面总是柔性面，这两个面合起来作为一个接触对。在ANSYS有限元软件中，用Targe169和Conta171或Conta172来定义二维接触对，使用Targe170和Conta173或Conta174来定义三维接触对，程序通过相同的序号来识别接触对的两个界面。
而边界条件的确定也可以通过ANSYS有限元软件来完成，具体的操作步骤如下：
1)设置实常数和单元关键字：设置KEYOPT(2)＝0，KEYOPT(9)＝4，表示采用通过实常数CNOF来设置过盈量。正值表示增加过盈量，负值表示减少过盈量。
2)加载边界条件：由于电缆附件的对称性，建模时建立1/4的模型，因此需要定义轴对称边条来模拟实际情况；定义内轴位移约束。
3)设置求解和载荷步选项，指定分析类型和设定分析选项。在ANSYS的求解器中，设置solution control选项，将Analysis options设置为Large DisplacementStatic选项。分析类型通过命令ANTYPE＝0设置。
4)求解：由于此实验中的过盈问题属于大变形问题，在求解前要设置一些非线性选项来帮助问题的收敛。例如，将“Normal Penalty Stiffness”(正则处罚刚度)定义为0.1，将“Stiffness matrix”(刚度矩阵)下拉框设定为“Unsymmetric”项。
5)查看边界条件的确定结果。
步骤4：在三维模型的内侧施加压力，检测预制式电缆附件由内侧至外侧发生的位移值，并根据该位移值和杨氏弹性模量计算电缆附件环形切向的等效内应力。
在电缆附件三维模型内侧施加压力，电缆附件从内侧到外侧发生位移，如图2所示，电缆截面为400mm2，绝缘厚度4.5mm，电缆附件主绝缘厚度10mm，在内侧施加压力时从内到外位移场分布图。图中A区域为电缆内侧施压区，B区域为电缆附件内侧最大位移量3.608mm，C区域为电缆附件最外侧，位移量最小0.802mm。因此，电缆附件从靠近电缆内侧到外侧，位移量逐渐减小。
然后，根据杨氏弹性模量测量结果，由电缆附件从内到外不同的位移量得出内外不同扩张率，从而计算出电缆附件环形切向等效内应力场，如图3所示。
步骤5：根据等效内应力并结合三维模型获取电缆附件上的界面压力。根据等效力学传递原理，由等效内应力获取界面压力。由于可以在ANSYS有限元软件分析中设置接触面，接触面的作用是为了在不同材料的交界面上实现力的传递，通过交界面上的内应力与设置的接触面的几何大小(即面积)可以得出交界面上的界面压力，通过命令PLNSOL,CONT,PRES,0,1可得出电缆附件交界面上的界面压力等值线图如图4所示。
由图4可见，当附件内侧最大位移量为3.608mm时，附件内侧需施加约0.239MPa的界面压力，因此，附件绝缘作用于电缆的界面压力为0.239MPa。
Claims (6)
1.一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)测量电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量；
2)采用有限元法对电缆附件及电缆进行三维建模；
3)确定电缆附件与电缆的过盈量以及边界条件；
4)在三维模型的内侧施加压力，检测预制式电缆附件由内侧至外侧发生的位移值，根据杨氏弹性模量测量结果，由电缆附件从内到外不同的位移量得出内外不同扩张率，从而计算出电缆附件环形切向等效内应力场；
5)根据等效内应力并结合三维模型获取电缆附件上的界面压力。
2.根据权利要求1所述的一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，步骤1)具体包括以下步骤：
11)选取厚度为2mm的电缆片状试样及电缆附件片状试样；
12)根据国标GB1040-2006材料杨氏弹性模量测量方法，分别对电缆片状试样和电缆附件片状试样压制成标准哑铃状试样，哑铃状试样宽度为4mm，试样原始标距2mm；
13)将哑铃状试样置于拉伸试验机内夹具中，测量电缆片状试样和电缆附件片状试样的杨氏弹性模量值。
3.根据权利要求2所述的一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，所述的电缆片状试样为交联聚乙烯片状试样，电缆附件试样为液体硅橡胶片状试样。
4.根据权利要求1所述的一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：
21)对电缆附件及电缆的接触面的过盈量和界面压力进行仿真；
22)根据已知的电缆截面尺寸和电缆附件厚度值，建立三维实体模型；
23)根据电缆附件及电缆材料的杨氏弹性模量测量结果，设置材料特性参数；
24)对三维实体模型进行网格划分，每个网格单元为六面体单元。
5.根据权利要求4所述的一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，三维建模采用ANSYS软件，采用的网格划分方法包括自由网格划分、映射网格划分、拖拉网格划分和混合网格划分。
6.根据权利要求1所述的一种预制式电缆附件界面压力检测方法，其特征在于，步骤3)中电缆附件与电缆之间采用面-面接触的方式确定过盈量，将一侧界面标定为目标面，另一侧界面标定为接触面，所述的目标面为刚性界面，所述的接触面为柔性面。
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