CN112199877A - 一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，包括如下步骤：对接线板结构参数测量、模型建立、物理场仿真、结果分析和制定改进方案，其特征在于，所述制定改进方案包括基于受力分析对接线板易断裂处进行倒角处理、对底板的螺孔数目进行调整或对底板螺孔位置进行布局以及多种方法的综合应用，并进行仿真查看结果，对仿真结果中最佳优化效果的参数进行选择得到最佳优化方案。本发明以有限元仿真软件为基础结合接线板实际情况，对电力系统中铝合金接线板的结构和受力进行分析，并以此对其进行改进完善，从而防止接线板在实际服役中发生断裂，进而增强电网运行的稳定性。

Description

一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法
技术领域
本发明涉及电力装备领域，具体涉及一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法。
背景技术
铸造铝合金接线板是变电站导线与电网设备间的重要电气连接部件，对电网的安全、稳定、经济运行有重要的辅助作用。接线板的服役环境大多是直接暴露在大气中，易受腐蚀介质影响，自身缺陷和腐蚀均有可能导致接线板开裂的失效事件发生，给电网运行带来重大隐患。虽然在接线板设计方向上已存在着一些优化方法，但大都比较大众化，不具有特殊针对性。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，具有很强的针对性，通过逐一分析优化过程中的问题，优化了接线板的受力情况，对接线板结构进行良好的设置，有效的减少了接线板断裂现象，保证了电力系统的稳定运行。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，包括如下步骤：对接线板结构参数测量、模型建立、物理场仿真、结果分析和制定改进方案，所述结构参数测量包括对接线板的规格以及受力情况进行测量，同时确定接线板材料，进而确定杨氏模量、泊松比、密度等力学参数；所述的模型建立采用有限元软件进行建模，基于测量的结构参数进行几何模型建立、材料添加、固体力学的参数设置和网格设置四个步骤；所述物理场仿真是基于铝合金接线板的结构参数和使用计算机建立的三维几何模型进行求解，得出接线板的受力情况和各个部位的形变状况；所述结果分析为结合仿真结果和接线板实际服役即断裂情况，对接线板最薄弱的地方进行受力分析；所述制定改进方案包括基于受力分析对接线板易断裂处进行倒角处理、对底板的螺孔数目进行调整或对底板螺孔位置进行布局，并进行仿真查看结果，对仿真结果中最佳优化效果的参数进行选择得到最佳优化方案。
本发明以有限元仿真软件为基础结合接线板实际情况，对电力系统中铝合金接线板的结构和受力进行分析，并以此对其进行改进完善，从而防止接线板在实际服役中发生断裂，进而增强电网运行的稳定性。
其中模型建立中，固体力学参数设置包括等效负荷和固定约束的设置。
进一步的，对接线板易断裂处进行倒角处理来改进时，根据原始模型中找到的断裂处作为最佳倒角处理位置；将倒角半径设为一参数，对其进行参数化扫描，扫描的范围及步长根据接线板孔位、底板尺寸参数来决定，最后根据每组数据中特征区的最大应力和最大形变来确定最佳倒角半径。
进一步的，对底板的螺孔数目进行调整时，根据原始模型的形变来确定新增孔位位置，选择形变最大处增加螺孔，一般情况下，增加数目越少越好。
进一步的，对底板螺孔位置的进行布局时，需要参考初始建模的底板坐标系，对四个孔位的位置布局进行改变，但不改变四个螺孔以底板中心为中心阵列的位置关系，即以底板原点，螺孔圆心为变化参数，分别沿着底面坐标系的X轴、Y轴进行移动以及沿着矩形底板的对角线移动，利用参数化扫描，对比每一组对应的应力和形变，计算多个数值并选择数值最小的参数为螺孔坐标最佳方案。
本发明对接线板结构进行改进的方式，除了单独对接线板易断裂处进行倒角处理、对底板的螺孔数目进行调整、对底板螺孔位置进行布局以外，对上述三种方法进行综合利用分析，例如考虑倒角和螺孔位置的是否冲突，确定其中一个参数通过螺孔半径或倒角半径等参数去表示另外一个，最终通过对比最大应力和最大形变来选择和计算各项参数，同时考虑实际中经济性以及实用性，能够更加全面的优化接线板的结构。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，以有限元仿真软件为基础，对电力系统中铝合金接线板的结构和受力进行分析，并以此对其进行改进完善，从而防止接线板在实际服役中发生断裂，进而增强电网运行的稳定性；
2、本发明一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，具有很强的针对性，通过逐一分析优化过程中的问题，优化了接线板的受力情况，对接线板结构进行良好的设置，有效的减少了接线板断裂现象，保证了电力系统的稳定运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明流程图；
图2为接线板原始结构图；
图3接线板的特征区；
图4接线板断裂处倒角处理图；
图5接线板底板螺孔增加图；
图6接线板底板螺孔合理布局图；
图7接线板的综合优化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，包括如下步骤：对接线板结构参数测量、模型建立、物理场仿真、结果分析和制定改进方案，所述结构参数测量包括对接线板的规格以及受力情况进行测量，同时确定接线板材料，进而确定杨氏模量、泊松比、密度等力学参数；所述的模型建立采用有限元软件进行建模，基于测量的结构参数进行几何模型建立、材料添加、固体力学的参数设置和网格设置四个步骤；所述物理场仿真是基于结构参数和建立的模型进行计算，得出接线板的受力情况和各个部位的形变状况；所述结果分析为结合仿真结果和接线板实际服役即断裂情况，对接线板最薄弱的地方进行受力分析；所述制定改进方案包括基于受力分析对接线板易断裂处进行倒角处理、对底板的螺孔数目进行调整或对底板螺孔位置进行布局，并进行仿真查看结果，对仿真结果中最佳优化效果的参数进行选择得到最佳优化方案。
实施例2
如图2所示为在实际的服役过程中发生了断裂的原始接线板，对其进行了模型的建立并进行了仿真，得到其受力情况，找到受力和形变的特征区域如图3所示并以此为研究对象，开始进行优化。
对断裂处进行倒角处理如图4所示，使该部位的受力分散，利用参数化扫描对不同倒角半径进行仿真计算，在所得结果中选出最好的方案参数。
实施例3
对螺孔数目的调整，在形变最大的位置合理增加螺孔如图5，增加固定约束，可以有效减小形变和应力，其中螺孔数目根据接线板底板的尺寸适当增加。
实施例4
对螺孔的合理布局，在不改变底部螺孔的居中阵列结构情况下，改变螺孔的位置，可沿着不同的轴线进行移动如以底板中心为原点建立的坐标轴的横轴、纵轴或者地板的对角线，利用参数化扫描选择出最佳参数，如图6所示为螺孔沿着底板横轴移动的模型。
实施例5
结合实施例2、3和4三种方式进行改进，除了考虑力学参数，还要考虑实际的应用性和经济性，如图7为结合倒角处理和螺孔合理布局的综合优化方法，这里考虑到增加螺孔的经济性不高。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，包括如下步骤：对接线板结构参数测量、模型建立、物理场仿真、结果分析和制定改进方案，其特征在于，所述制定改进方案包括基于受力分析对接线板易断裂处进行倒角处理、对底板的螺孔数目进行调整或对底板螺孔位置进行布局，并进行仿真查看结果，对仿真结果中最佳优化效果的参数进行选择得到最佳优化方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，对接线板易断裂处进行倒角处理来改进时，根据原始模型中找到的断裂处作为最佳倒角处理位置；将倒角半径设为一参数，对其进行参数化扫描，扫描的范围及步长根据接线板孔位、底板尺寸参数来决定，最后根据每组数据中特征区的最大应力和最大形变来确定最佳倒角半径。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，对底板的螺孔数目进行调整时，根据原始模型的形变来确定新增孔位位置，选择形变最大处增加螺孔。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，对底板螺孔位置的进行布局时，参考初始建模的底板坐标系，以底板原点，螺孔圆心为变化参数，分别沿着底面坐标系的X轴、Y轴进行移动以及沿着矩形底板的对角线移动，利用参数化扫描，对比每一组对应的应力和形变，计算多个数值并选择数值最小的参数为螺孔坐标最佳方案。
5.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，所述结构参数测量包括对接线板的规格以及受力情况进行测量，同时确定接线板材料，进而确定杨氏模量、泊松比、密度等力学参数。
6.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，所述的模型建立采用有限元软件进行建模，基于测量的结构参数进行几何模型建立、材料添加、固体力学的参数设置和网格设置四个步骤。
7.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，所述物理场仿真是基于铝合金接线板的结构参数和使用计算机建立的三维几何模型进行求解，得出接线板的受力情况和各个部位的形变状况。
8.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的电力系统铝合金接线板优化方法，其特征在于，所述结果分析为结合仿真结果和接线板实际服役情况，对接线板最薄弱的地方进行受力分析。
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