CN106354982A - 一种电力线夹有限元仿真分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线夹有限元仿真分析方法，包括以下步骤：S1.利用三维软件建立电力线夹模型；S2.将步骤S1获得的电力线夹模型导入有限元仿真分析软件中；S3.建立坐标系，划分电力线夹模型的网格，划分成四面体网格；S4.施加电力线夹模型的边界条件进行仿真计算；S5.计算获得结果；S6.将仿真计算的结果处理成仿真云图或相应的数据形式，通过仿真云图观察应力分布的整体和局部状态，确定仿真云图上电力线夹各个部位的应力数值。通过本发明的方法可以对线夹进行快速建模并对线夹受力进行仿真分析，获取其应力集中部位，进而对应力集中部位进行重点优化和缺陷监测。
Description
技术领域
本发明涉及线夹技术领域，更具体的是一种电力线夹有限元仿真分析方法。
背景技术
电力线夹包括悬垂线夹和耐张线夹等。悬垂线夹用于导线等在直线杆塔的连接；耐张线夹，用于固定导线的端头，以承受导线张力，并将导线挂至耐张串组或杆塔上的金具。
悬垂线夹现在在国内应用广泛，是架空输电线路中的一种重要金具，在架空输电线路中直接与导线接触，起着稳固、支托及悬挂输电电线的作用。在实际工况下，悬垂线夹受到横向、纵向及垂直方向上的作用力，受力状态较为复杂，且悬垂线夹的受力情况决定了悬垂线夹中的应力分布特性。
由于受到制造工艺缺陷和服役中的应力载荷的影响，电力线夹尤其是悬垂线夹可能会产生缺陷，致使线夹破坏失效，进而可能引发输电线路故障，造成巨大的经济损失。因此，研究线夹在役状态下的应力分布情况，分析其应力集中部位，对线夹的结构设计和检测的优化以及悬垂线夹表面缺陷的监测是十分有必要的，对保障电力供应安全具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种电力线夹有限元仿真分析方法，通过该方法可以对线夹进行快速建模并对线夹受力进行仿真分析，获取其应力集中部位，进而对应力集中部位进行重点优化和缺陷监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种电力线夹有限元仿真分析方法，包括以下步骤：
S1.利用三维软件建立电力线夹模型，电力线夹模型包括线夹本体模型、螺栓模型和导线模型；
S2.将步骤S1获得的电力线夹模型导入有限元仿真分析软件中，定义电力线夹的材料属性和特性参数；
S3.建立坐标系，划分电力线夹模型的网格，定义网格的大小；
S4.施加电力线夹模型的边界条件进行仿真计算，所述边界条件包括螺栓预紧力、载荷、约束和接触；
S5.计算获得结果；
S6.将仿真计算的结果处理成仿真云图或相应的数据形式，通过仿真云图观察应力分布的整体和局部状态，确定仿真云图上电力线夹各个部位的应力数值。
进一步的，所述三维软件为Pro/Engineer三维软件。
进一步的，所述有限元仿真分析软件为ADAMS、SolidWorks Simulation、ANSYS中的一种。
进一步的，所述有限元仿真分析软件为ANSYS。
进一步的，所述步骤S1中，建立电力线夹模型具体操作步骤为：预先构建线夹本体模型及与线夹本体配套使用的螺栓模型、导线模型，再完成线夹本体模型、螺栓模型和导线模型之间的装配。
进一步的，所述步骤S2中，特性参数包括材料的密度、弹性模量和元素含量。
进一步的，所述步骤S2中，电力线夹模型的网格为四面体网格。
通过上述技术方案，可以对线夹进行快速建模并对线夹受力进行仿真分析，然后通过获得的仿真云图获取线夹应力集中部位，进而对应力集中部位进行重点优化和缺陷监测，由此可见，通过本发明的电力线夹有限元仿真分析方法，可对线夹重点部位的结构进行优化设计，同时也可对制造获得的线夹成品进行仿真检测，尤其是对含缺陷的线夹进行仿真检测，大大提高了线夹应用的安全性。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是实施例的获得的仿真云图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
S1. 利用三维软件Pro/Engineer建立电力线夹模型，先分别构建XGU-4型线夹的线夹本体模型、螺栓模型和导线模型，再完成线夹本体模型、螺栓模型和导线模型之间的装配；建立好三维模型之后，根据文件格式要求保存为相应格式IGES。
S2.将步骤S1获得的电力线夹模型导入有限元仿真分析软件ansys中，定义电力线夹的材料属性和特性参数，材料属性为可锻铸铁件，特性参数：抗拉强度为330MPa，伸长率为12%，布氏硬度为150HB，弹性模量为48GPa、泊松比为0.18。
S3. 建立坐标系，划分电力线夹模型的网格，划分成四面体网格，再定义网格的大小。
S4. 施加电力线夹模型的边界条件进行仿真计算，边界条件包括螺栓预紧力、载荷、约束和接触。载荷通过局部坐标系来完成，约束是以线夹体销孔的上表面来约束整个线夹，接触是通过模块中contacts来完成定义。
其中，边界条件的确定过程为：
根据相应线夹标准给定的导线类型钢芯铝绞线来查阅相关手册，通过计算确定了550m长导线的重力值约为528.44kg，再根据悬垂线夹的使用手册确定安全系数为2，最终确定仿真施加载荷约为11.2kN。
由导线和悬垂线夹的接触方式确定各接触类型，除导线和盖板之间为摩擦型接触，其他接触全为绑定型接触。
线载荷的施加方向与悬垂线夹底面垂直。
设定悬挂螺栓为完全约束，以此约束整个模型。
根据仿真前的一些仿真验证，确定螺栓预紧力对悬垂线夹应力分没有影响，再设定螺栓预紧力为1000N。
S5.计算获得结果。
S6.将仿真计算的结果处理成仿真云图，仿真云图如图1所示，通过仿真云图观察应力分布的整体和局部状态，利用探针标记可以确定仿真云图上电力线夹各个部位的应力数值。
由图可知，在悬垂线夹口的加强边边缘应力集中部位受力载荷为140.22MPa左右，该受力载荷远远小于材料抗拉强度3305MPa，悬垂线夹质量检测点和在役悬垂线夹状态监测点，都是安全的。
含缺陷线夹的断裂仿真与无缺陷仿真过程相同，根据断裂韧性分析和实际裂纹的近似处理等条件，可用三维软件模拟线夹内部缺陷来研究理论状态下线夹的铸造缺陷，考虑到缺陷群的相互作用、裂纹形状的影响和应力强度因子的计算等因素，取其中一个内部缺陷进行研究分析，从而进行缺陷线夹的仿真计算。
对比无缺陷线夹和有缺陷线夹应力分布状态，观察相关变化，并记录相关不同点。针对应力集中载荷最大处进行重点监测，记录应力集中载荷的变化，对比两种线夹的变化趋势。
通过本发明的电力线夹有限元仿真分析方法，可对悬垂线夹口的加强边边缘应力集中部位的结构进行优化设计，同时也可对制造获得的线夹成品进行仿真检测，尤其是对含缺陷的线夹进行仿真检测，大大提高了线夹应用的安全性。
Claims (7)
1.一种电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.利用三维软件建立电力线夹模型，电力线夹模型包括线夹本体模型、螺栓模型和导线模型；
S2.将步骤S1获得的电力线夹模型导入有限元仿真分析软件中，定义电力线夹的材料属性和特性参数；
S3.建立坐标系，划分电力线夹模型的网格，定义网格的大小；
S4.施加电力线夹模型的边界条件进行仿真计算，所述边界条件包括螺栓预紧力、载荷、约束和接触；
S5.计算获得结果；
S6.将仿真计算的结果处理成仿真云图或相应的数据形式，通过仿真云图观察应力分布的整体和局部状态，确定仿真云图上电力线夹各个部位的应力数值。
2.根据权利要求1所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述三维软件为Pro/Engineer三维软件。
3.根据权利要求1所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述有限元仿真分析软件为ADAMS、SolidWorks Simulation、ANSYS中的一种。
4.根据权利要求3所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述有限元仿真分析软件为ANSYS。
5.根据权利要求1所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述步骤S1中，建立电力线夹模型具体操作步骤为：预先构建线夹本体模型及与线夹本体配套使用的螺栓模型、导线模型，再完成线夹本体模型、螺栓模型和导线模型之间的装配。
6.根据权利要求1所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述步骤S2中，特性参数包括材料密度、弹性模量和元素含量。
7.根据权利要求1所述的电力线夹有限元仿真分析方法，其特征在于：
所述步骤S2中，电力线夹模型的网格为四面体网格。
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