【《500KV复合材料横担模态分析案例》2600字】

500KV复合材料横担模态分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23008500KV复合材料横担模态分析案例 1109961.1复合材料横担有限元建模 1258971.2模态分析原理 4308701.3无预应力复合材料横担模态分析 565451.4导线重力作用下复合材料横担模态分析 8模态分析是进行动力学计算的基础，通过对复合材料横担结构进行模态分析可以得到其固有频率及特性，可以了解到横担结构的脆弱部位。现阶段由于复合材料横担的应用还不普及，对横担的抗振特性研究较少，本章对500KV复合材料横担进行有限元建模，对横担进行了无预应力作用下及线路载荷作用下的模态分析，研究了横担的固有频率及振动特性[31]，为横担的抗风，抗振设计提供了参考。图2-1某500KV复合材料横担塔1.1复合材料横担有限元建模通过查阅500KV复合材料横担塔的设计资料，确定了本章节复合材料横担的设计条件。该500KV复合材料输电塔整塔高度79m,上横担呼高71.614m，水平档距为450m,垂直档距为750m，使用的导线型号为JL1/LHA1-535/240，不采用绝缘子，横担挂线点采用悬垂线夹等金具。导线自重比载计算如下（2-1）所示：γ1式中：γ1—导线、地线垂直比载(N/m∙mQ—导线、地线的单位长度质量（kg/km）；g—重力加速度（g=9.80665m/sA—导线、地线截面面积（mm通过计算,导线自重比载为27.15(N/mm在无覆冰条件下，导线自重载荷标准值计算如下（2-2）所示：G=nγ式中，G—导线的自重载荷标准值；n—每项导线的子导线的根数；LVγ1—导线、地线截面面积（m挂线点处载荷重力如下表2-2所示。本500KV复合材料横担为上横担，不计算地线及绝缘子重量，导线重量G为64.26KN，导线挂点金具重量为1.34KN。无冰条件下，导线属于永久载荷，永久载荷分项系数γGDG=γ500KV复合材料横担永久垂直载荷为78.718KN，如下表2-1所示：表2-1垂直载荷表导线重力（kN）导线挂点金具重力(KN)77.111.6081.11几何建模根据500KV复合材料横担结构设计图纸，在SolidWorks三维建模软件中进行复合材料横担斜拉绝缘子，复合材料横担，十字插板等金具进行建模，之后导入ANSYS。本仿真建立使用的500KV复合材料横担的模型中，横担结构组合共包括6种零件，复合材料斜拉绝缘子、复合材料横担、十字插板、拉杆端部连接金具、法兰连接头和挂线架和法兰盘，复合材料横担结构如下图2-2所示：图2-2复合材料横担结构图1.12定义材料属性在ANSYS软件中插入命令“et，matid，281”，将复合材料横担的单元类型设为壳单元shell281；插入命令“et，matid，180”将斜拉绝缘子的单元类型设为杆单元link180；其他零件结构的单元类型采用软件默认的solid186单元。在材料库中对横担及斜拉绝缘子定义复合材料属性，之后在ACP模块中对复合材料横担按照+45°-45°方式交替铺层分布对横担设置，连接件设置为Q345钢材料。1.13网格划分本500KV复合材料横担采用多域扫掠法进行网格划分，划分结果如下图2-3所示，零件的接触采用“bonded”方式，节点220299个，单元243763个。图2-3复合材料横担网格划分1.14加载位置及约束对横担根部以及斜拉绝缘子根部添加6个自由度限制约束，代表了复合材料横担与塔身的连接点。导线重力载荷施加在横担节点挂线点处，约束及载荷加载位置如下图2-4，2-5所示。图2-4载荷施加位置图2-5横担约束1.2模态分析原理模态分析通用运动方程如下式（2-4）所示：Mu+式中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；{Ftu为节点位移矢量；u为节点速度矢量；u为节点加速度矢量。对这个方程使用不同的方法进行求解，得到的就是不同的分析类型，对于无阻尼模态分析如下式（2-5）所示：Mu1.3无预应力复合材料横担模态分析本节中，模态分析主要用于分析500KV复合材料横担结构自振作用下的响应特性。通过进行模态仿真分析得到其振型和固有频率，这是复合材料横担在承受动态载荷压力作用下结构设计的重要参数。使用ANSYS软件对横担进行模态分析可得该复合材料横担模型前10阶的自振频率，横担方向标记如下图2-6所示，振型图2-7（a-j）所示，描述如表2-2所示：图2-6复合材料横担方向标记(a)1阶振型(b)2阶振型(c)3阶振型(d)4阶振型(e)5阶振型(f)6阶振型(g)7阶振型(h)8阶振型(i)9阶振型(j)10阶振型图2-7复合材料横担各阶振型图表2-2无预应力复合材料横担10阶自振频率及振型描述模态频率（Hz）振型描述1阶3.4669斜拉绝缘子沿y方向振动2阶3.4696斜拉绝缘子沿y方向振动3阶3.4939斜拉绝缘子沿z方向振动4阶3.4957斜拉绝缘子沿z方向振动5阶8.0858横担整体沿z方向振动6阶9.2711斜拉绝缘子沿y方向振动7阶9.5398斜拉绝缘子沿y方向振动8阶9.6097斜拉绝缘子沿z方向振动9阶9.6404斜拉绝缘子沿z方向振动10阶9.9241斜拉绝缘子沿y方向振动由此上表可知，该横担一阶频率为3.4669Hz，周期为0.288s，复合材料横担结构1-4阶频率非常接近，横担几乎不产生位移，主要是斜拉绝缘子沿y方向及z方向振动。在第5阶开始自振频率突然由3.4957Hz上升至8.0858Hz，复合材料横担整体沿z方向振动，6-10阶斜拉绝缘子沿y方向振动。值得注意的是，1-2阶，斜拉绝缘子沿y方向振动，3-4阶斜拉绝缘子沿z方向振动，6-7阶斜拉绝缘子沿y方向振动，8-9阶沿z方向振动。1.4导线重力作用下复合材料横担模态分析对复合材料横担对挂线点施加垂直线路方向78.7KN的导线重力，四角固定约束，进行10阶预应力模态分析,观察500KV复合材料横担在工作状态下的振型，结果如下表2-3所示，振型图如下2-8（a-f）所示。(a)1阶振型(b)2阶振型(c)3阶振型(d)4阶振型(e)5阶振型(f)6阶振型(g)7阶振型(h)8阶振型(i)9阶振型(j)10阶振型图2-8复合材料横担各阶振型图表2-3预应力复合材料横担10阶自振频率及振型描述模态频率（Hz）振型描述1阶8.0358复合材料横担整体沿着z方向振动2阶9.54复合材料横担整体沿着z方向振动3阶19.166斜拉绝缘子沿y方向振动4阶19.299斜拉绝缘子沿z方向振动5阶19.419斜拉绝缘子沿y方向振动6阶19.505斜拉绝缘子沿z方向振动7阶21.571复合材料横担整体沿y方向振动8阶21.315复合材料横担整体发生扭转振动9阶21.836复合材料横担整体沿z方向振动10阶28.205复合材料横担整体沿y方向振动由上表及上图可知，模拟该500KV复合材料横担受导线重力的影响下，1频率为8.0358Hz，周期为0.124s，1-2阶频率较为接近，主要表现为复合材料横担整体沿z方向振动，4-6阶频率较为相似，主要表现为斜拉绝缘子的振动，7-9阶频率接近，复合材料横担整体结构发生振动，10阶频率突然上升至28.