CN112115616B - 一种输电塔的动力学特性分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电塔的动力学特性分析方法及装置，其方法包括：获取输电塔信息；根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；组合所述分段后的输电塔的节点坐标、所述拓扑结构和所述截面属性，生成输电塔简化模型；根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。从而快速分析输电塔的动力学特性，解决传统的输电塔动力学特性分析方法效率较低的问题，进而确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

Description

一种输电塔的动力学特性分析方法及装置

技术领域

本发明涉及输电规划技术领域，尤其涉及一种输电塔的动力学特性分析方法及装置。

背景技术

鉴于输电塔是一种对风载荷非常敏感的结构，容易发生震动疲劳损伤甚至在极端条件下倒塌，因此需要对输电塔的动力学特性进行分析，确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

现阶段输电塔的动力学特性分析方法，大部分情况下通过串联多质点系力学模型进行分析。串联多质点系力学模型是输电塔体系风振响应计算分析中使用最广泛的一种简化模型，其原理是将输电塔简化为由多个集中质量串联起来的多自由度体系。但串联多质点系力学模型在建立时一般只考虑一阶横向弯曲振型，且必须先通过有限元分析得到简化模型的柔度矩阵，再求逆得到简化模型的参数，才能根据简化模型分析输电塔的动力学特性，其复杂的构建过程导致整个输电塔的动力学特性的分析过程用时相对较长，分析效率并不能满足现阶段的研究要求。

发明内容

本发明提供了一种输电塔的动力学特性分析方法及装置，用于快速分析输电塔的动力学特性，确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

本发明提供的一种输电塔的动力学特性分析方法，包括：

获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。

可选地，所述根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图的步骤，包括：

若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件。

可选地，所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；所述基于所述截面尺寸和分段后的输电塔的节点坐标和拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性的步骤包括：

根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，ni是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角；

根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓等结构的质量。

可选地，所述计算等效构件的截面属性的步骤，还包括：

若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度。

可选地，所述基于所述输电塔简化模型，计算所述等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性的步骤包括：

从预先设定风载荷属性参数表中确定所有所述等效构件的风载荷属性；

结合所有所述等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

为了解决上述问题，本申请实施例还公开了一种输电塔的动力学特性分析装置，包括：

获取模块，用于获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

分段模块，用于根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

计算模块，用于基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

生成模块，用于组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

分析模块，用于根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。

所述分段模块包括：

连接子模块，用于若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件。

可选地，所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；所述计算模块包括：

轴向刚度计算子模块，用于根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，ni是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

抗弯刚度计算子模块，用于根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

剪切刚度计算子模块，用于根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角；

扭转刚度计算子模块，用于根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓等结构的质量。

可选地，所述计算模块还用于：若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度。

可选地，所述分析模块包括：

风载荷属性确定子模块，用于从预先设定风载荷属性参数表中确定所有所述等效构件的风载荷属性；

动力学特性分析子模块，用于结合所有所述等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本申请实施例通过获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。利用建立的简化模型，结合等效构件的风载荷属性，从而快速分析输电塔的动力学特性，解决传统的分析输电塔的动力学特性方法分析效率较低的问题，进而确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例一的步骤流程图；

图2为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的步骤流程图；

图3为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔完整模型单线图；

图4为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔简化示意图；

图5为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的刚性构件连接图；

图6为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔其中一个原输电塔模型的模型分段几何示意图；

图7为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔横切截面图；

图8为本发明的一种简化模型的前五阶模态；

图9为本发明的简化模型与原输电塔模型的顺线向塔顶位移时程对比示意图；

图10为本发明的简化模型的高处与原输电塔模型高处的位移均方根值对比示意图；

图11为本发明的一种输电塔的动力学特性分析装置实施例的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种输电塔的动力学特性分析方法及装置，用于快速分析输电塔的动力学特性，确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，请参阅图1，图1为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例一的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤S101，获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

步骤S102，根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

步骤S103，基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

步骤S104，组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

步骤S105，根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。

在本申请实施例中，本申请实施例通过获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。利用建立的简化模型，结合等效构件的风载荷属性，从而快速分析输电塔的动力学特性，解决传统的分析输电塔的动力学特性方法分析效率较低的问题，进而确保输电塔及塔线体系在安全范围内。

实施例二，请参阅图2，为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的步骤流程图，具体包括：

步骤S201，获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

在本发明实施例中，从输电塔的设计图纸当中获得输电塔的信息，其中，输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标等信息。

需要说明的是，现有的输电塔绝大部分情况下是通过角钢一类的构件连接而成的，而各个构件之间的连接点即为构件节点，输电塔结构是指输电塔的各个构件节点的连接关系；受力特点具体是指承受轴力的方向，与输电塔主材的方向基本一致，例如：塔身竖直方向是主要承受轴力的方向，干字塔横担一般水平方向主要承受轴力的方向，猫头塔分支处的斜向方向主要承受轴力的方向；截面尺寸是指输电塔各个构件的分段长度、横截面面积、横向构件的长度等；节点坐标是根据输电塔的设计图纸上记载的设计尺寸计算得出。

步骤S202，根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

请参阅图3，图3为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔完整模型单线图，在本发明实施例中，根据输电塔的结构、受力特点从输电塔完整模型单线图的端部和主材节点板位置进行自然分段，每个分段用等效构件替代，结合原输电塔模型的节点坐标，得到分段后的得到输电塔的简化示意图，并且简化示意图中的每个等效构件都具备风载荷属性，请参阅图4，图4为本发明的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔简化示意图。

在具体实现中，使用梁单元作为等效构件简化分段，且梁单元轴向与原输电塔模型分段主要承受轴力方向保持一致。

步骤S203，若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件；

在本发明实施例中，将步骤202中分段后的输电塔中的每个分段两个端部中心点作为等效构件两个节点，相邻两个分段可能存在因等效构件节点坐标缩聚导致没有直接连接的情况，此时用刚性构件进行连接。

请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的刚性构件连接图，其中A为塔身分段等效构件节点，B为塔身与横担的共同节点，C点为横担分段等效构件节点,1为刚性构件。在具体实现中，在利用等效构件替代原输电塔模型分段时，由于简化模型中一个原输电塔模型分段用一个梁单元模拟，伴随坐标缩聚的原因，横担分段构件节点C与塔身分段等效构件节点A并不在同一位置，为了简化考虑塔身分段与横担的连接关系，将上述两个节点需要使用刚性构件1进行连接，一般地，刚性构件1的截面积、惯性矩等参数与其相邻等效构件的相同，但弹性模量远高于等效构件的弹性模量，用以提高连接的刚度。

步骤S204，基于所述截面尺寸和分段后的输电塔的节点坐标和拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性，所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；

请参阅图6，图6为本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔其中一个原输电塔模型的模型分段几何示意图，其显示有：第i个分段两端横向构件的长度h_i,1和h_i,2、第i个分段的长度弹性模量l_i、第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角θ_i,j、第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角

以及第i个分段中第j根构件的长度l_i,j。

在一个优选实施例中，所述基于所述截面尺寸和分段后的输电塔的节点坐标和拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性的步骤包括：

根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，ni是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角；

根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓等结构的质量。

步骤S205，若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度；

请参阅图7，图7为本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法实施例二的输电塔横切截面图，其包含有横向构件相邻两段的长度h_x和h_y，由于抗弯刚度和剪切刚度的大小由横向构件的长度决定，在使用抗弯刚度计算公式和剪切刚度计算公式计算等效构件的抗弯刚度和剪切刚度时，对于相邻的h_x和h_y不相等时，两个对称轴方向的抗弯刚度和剪切刚度不同，需要分开计算。

步骤S206，组合所述分段的输电塔的节点坐标、所述拓扑结构和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

在本发明实施例中，将步骤S204得到的截面属性赋予用等效构件替代的分段后的输电塔模型，得到输电塔的简化模型。

步骤S207，从预先设定风载荷属性参数表中确定所有所述等效构件的风载荷属性；

在本发明实施例中，预先设定有风载荷属性参数表，如下所示：

在具体实现中，根据原输电塔模型分段的属性，结合预先设定的风载荷属性参数表，确定原输电塔模型分段对应的等效构件的风载荷属性。

步骤S208，结合所有所述等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

在具体实现中，将步骤S207确定的风载荷属性和步骤S206的简化模型数据导入至有限元分析软件，如ANSYS和ABAQUS等，得到输电塔的动力学特性。其中，有限元分析软件可以根据可以实际情况进行选择，本发明在此不再限制。

在本申请实施例所提供的一种输电塔的动力学特性分析方法，通过获取输电塔信息；并根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。利用建立的简化模型，结合等效构件的风载荷属性，从而快速分析输电塔的动力学特性以及加装阻尼器等装置时的减震效果，进而确保输电塔及塔线体系在安全范围内，与现有的动力学评测方法相比，可以更好反映结构的扭转模态和高阶弯曲模态，因而具有更高的计算精度，同时在与现有技术的分析结果比较接近的情况下，计算效率更高。

为方便本领域技术人员对本发明的有益效果的理解，下面对本发明分析得到的动力学特性与采用现有技术分析得到的动力学特性进行举例说明。

示例一，使用本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法，分析前五阶固有频率，包括：(1)建立简化模型；(2)结合风载荷属性，运用ANSYS有限元分析软件对该简化模型进行了模态分析，得到图8，图8为本发明的一种简化模型的前五阶模态；(3)基于该前五阶模态得到前五阶固有频率。同时使用原输电塔模型(即完整模型)得到的前五阶固有频率。两种方法得到的固有频率比较结果如下表所示：

可以看出，使用本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法得出的结果，与使用原输电塔模型得出的结果相比，最大误差在2.21％，即相比于原输电塔模型得出的结果相差并不大。

示例二，对塔底进行固定约束，在塔顶施加大小为10kN的顺线向集中力从而模拟实际情况，然后使用本发明实施例提供的一种输电塔的动力学特性分析方法和现有的分析方法分析得到的结构位移响应，分析结果请参阅图9和图10，图9为本发明的简化模型与原输电塔模型的顺线向塔顶位移时程对比示意图，其中①为简化模型计算得到的顺线向塔顶位移时程，②为原输电塔模型计算得到的顺线向塔顶位移时程，可以看出，基于原输电塔模型计算的常规分析方法得出的点，基本上排布在简化模型的线上；图10为本发明的简化模型的高处与原输电塔模型高处的位移均方根值对比示意图，①为简化模型计算得到的均方根变化曲线，②为原输电塔模型计算得到的均方根变化点集合，可以看出，基于完整模型计算得到的多个均方根点，几乎全部分布在简化模型计算得到的均方根值变化曲线上。概括而言，本发明提供的一种输电塔的动力学特性分析方法能很好地反映输电塔的动力学特性，具有较高的精度。

请参阅图11，示出了一种输电塔的动力学特性分析装置实施例的结构框图，包括如下模块：

获取模块101，用于获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：输电塔结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

分段模块102，用于根据所述输电塔结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

在本发明的一个优选实施例中，所述分段模块102包括：

连接子模块，用于若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件。

计算模块103，用于基于所述截面尺寸和节点坐标，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

在本发明的一个优选实施例中，所述计算模块103，还用于若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度。

在本发明的一个优选实施例中，所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；所述计算模块103包括：

轴向刚度计算子模块，用于根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，n_i是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

抗弯刚度计算子模块，用于根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

剪切刚度计算子模块，用于根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角；

扭转刚度计算子模块，用于根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓等结构的质量。

生成模块104，用于组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

分析模块105，用于根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性。

在本发明的一个优选实施例中，所述分析模块105包括：

风载荷属性确定子模块，用于从预先设定风载荷属性参数表中确定所有所述等效构件的风载荷属性；

动力学特性分析子模块，用于结合所有所述等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种输电塔的动力学特性分析方法，其特征在于，包括：

获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：拓扑结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

根据所述拓扑结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

基于所述截面尺寸、分段后的输电塔的节点坐标和所述拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性；

所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；所述基于所述截面尺寸、分段后的输电塔的节点坐标和所述拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性的步骤包括：

根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，n_i是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角，n_i是第i个分段中构件的数量；

根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的等效密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓结构的质量。

2.根据权利要求1所述的输电塔的动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据所述拓扑结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图的步骤，包括：

若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件。

3.根据权利要求1所述的输电塔的动力学特性分析方法，其特征在于，所述计算等效构件的截面属性的步骤，还包括：

若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度。

4.根据权利要求1所述的输电塔的动力学特性分析方法，其特征在于，所述根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性的步骤包括：

从预先设定风载荷属性参数表中确定所述每个等效构件的风载荷属性；

结合所述每个等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

5.一种输电塔的动力学特性分析装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取输电塔信息，所述输电塔信息包括：拓扑结构、受力特点、截面尺寸和节点坐标；

分段模块，用于根据所述拓扑结构、受力特点对输电塔进行分段，并用等效构件替代分段后的输电塔中的每个分段，得到输电塔简化示意图；

计算模块，用于基于所述截面尺寸、分段后的输电塔的节点坐标和所述拓扑结构，结合预先设定的截面属性计算公式，计算等效构件的截面属性；

生成模块，用于组合所述输电塔简化示意图和所述截面属性，生成输电塔简化模型；

分析模块，用于根据所述输电塔简化模型和每个等效构件的风载荷属性，分析所述输电塔的动力学特性；

所述截面属性包括：轴向刚度、抗弯刚度、扭转刚度、剪切刚度、等效密度；所述计算模块包括：

轴向刚度计算子模块，用于根据轴向刚度计算公式计算所述轴向刚度，所述轴向刚度计算公式为：

式中，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，l_i是第i个分段的长度，n_i是第i个分段中构件的数量，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，θ_i,j是第j根构件与第i个分段等效构件轴向的倾角；

抗弯刚度计算子模块，用于根据抗弯刚度计算公式计算所述抗弯刚度，所述抗弯刚度计算公式为：

式中，k_i,M是第i个分段等效构件的抗弯刚度，k_i,N是第i个分段等效构件的轴向刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，h_i,1和h_i,2分别是第i个分段两端横向构件的长度，l_i是第i个分段的长度；

剪切刚度计算子模块，用于根据剪切刚度计算公式计算所述剪切刚度，所述剪切刚度计算公式为：

式中，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，E_i,j、A_i,j是第i个分段中第j根构件的弹性模量、横截面面积，

是第j根构件与第i个分段等效构件剪切方向的夹角，n_i是第i个分段中构件的数量；

扭转刚度计算子模块，用于根据扭转刚度计算公式计算所述扭转刚度，所述扭转刚度计算公式为：

式中，k_i,T是第i个分段等效构件的扭转刚度，k_i,S是第i个分段等效构件的剪切刚度，r_i是第i个分段等效构件横截面的等效回转半径，l_i是第i个分段的长度；

根据等效密度计算公式计算所述等效密度，所述等效密度计算公式为：

式中：ρ_i是第i个分段等效构件的等效密度，ρ_i,j、A_i,j、l_i,j分别是第i个分段中第j根构件的密度、横截面面积和长度，n_i是第i个分段中构件的数量，m_k是第i个分段中第k个节点板或螺栓结构的质量。

6.根据权利要求5所述的输电塔的动力学特性分析装置，其特征在于，所述分段模块包括：

连接子模块，用于若相邻的等效构件不能直接连接，则用刚性构件连接所述相邻的等效构件。

7.根据权利要求5所述的输电塔的动力学特性分析装置，其特征在于，

所述计算模块，还用于若所述等效构件相邻的横向构件的长度不相同，则分别计算所述等效构件的抗弯刚度和剪切刚度。

8.根据权利要求5所述的输电塔的动力学特性分析装置，其特征在于，所述分析模块包括：

风载荷属性确定子模块，用于从预先设定风载荷属性参数表中确定所有所述等效构件的风载荷属性；

动力学特性分析子模块，用于结合所有所述等效构件的风载荷属性和所述输电塔简化模型，分析所述输电塔的动力学特性。

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