一種基于ansys的輸電線路導(dǎo)線找形方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，包括以下步驟：根據(jù)懸鏈線公式計(jì)算輸電線路導(dǎo)線的最低點(diǎn)坐標(biāo)，判斷最低點(diǎn)相對(duì)于導(dǎo)線的位置是在檔內(nèi)還是在檔外；當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性模量值，使得導(dǎo)線的ANSYS有限元模型經(jīng)過(guò)提前設(shè)置好的最低點(diǎn)，獲得輸電線路的初始形態(tài)；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，以最低點(diǎn)和相對(duì)高度較高的輸電線路懸掛點(diǎn)為幾何模型的兩個(gè)端點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性模量值，使得導(dǎo)線的有限元模型經(jīng)過(guò)相對(duì)高度較低的懸掛點(diǎn)，獲得導(dǎo)線的初始形態(tài)。本發(fā)明適用于有高差、無(wú)高差、檔內(nèi)存在最低點(diǎn)和檔內(nèi)不存在最低點(diǎn)等多種情況，適用范圍廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種輸電線路找形方法，特別是一種基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越迅速，對(duì)于電力系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。輸電線路作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)其安全性與穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高。對(duì)輸電線路進(jìn)行各種力學(xué)分析，是計(jì)算電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)。輸電導(dǎo)線是一種懸索結(jié)構(gòu)，只能受拉而不能受壓，對(duì)導(dǎo)線初始狀態(tài)的分析，是其后對(duì)導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)、脫冰跳躍等動(dòng)力分析的基礎(chǔ)，導(dǎo)線找形的正確與否直接影響著動(dòng)力分析的精確程度。
[0003]導(dǎo)線找形就是指導(dǎo)線在只受自重荷載的情況下，變形為懸鏈線狀態(tài)的初始形狀。目前對(duì)于導(dǎo)線找形的分析方法主要是解析法，但是解析法需要大量的計(jì)算，過(guò)程繁瑣，容易出錯(cuò)。
[0004]在基于ANSYS有限元軟件的眾多方法中，常用的有直接迭代法、小彈性模量法和V形虛曲線法。直接迭代法賦予全部實(shí)際單元屬性和材料常數(shù)，以水平張力為收斂條件進(jìn)行多次迭代，得到最終形狀，但是直接迭代法的迭代次數(shù)不確定，會(huì)出現(xiàn)不收斂的情況；小彈性模量法是選擇一個(gè)非常小的彈性模量來(lái)進(jìn)行迭代，找形結(jié)束后恢復(fù)真實(shí)彈性模量；但彈性模量的數(shù)值選擇需要憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇，選擇不同，得到的精度也不同；v形虛曲線法是以兩端懸掛點(diǎn)和理論最低點(diǎn)為基礎(chǔ)，三點(diǎn)構(gòu)成V形，再進(jìn)行迭代，最終得到導(dǎo)線初始形狀，V形虛曲線法則只適用于無(wú)高差，檔內(nèi)存在最低點(diǎn)的情況，適用范圍較小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種適用范圍廣，精確度高，操作簡(jiǎn)單的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0007]步驟1、確定輸電線路的最低點(diǎn)坐標(biāo)，判斷最低點(diǎn)相對(duì)于輸電線路的位置是否在檔內(nèi)；所述檔內(nèi)為懸掛點(diǎn)之間的距離范圍；
[0008]步驟2、在ANSYS界面下建模:當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，以輸電導(dǎo)線的兩個(gè)實(shí)際懸掛點(diǎn)為幾何模型的端點(diǎn)；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，以檔外的最低點(diǎn)和兩個(gè)懸掛點(diǎn)中較高的懸掛點(diǎn)為幾何模型的兩個(gè)端點(diǎn)；
[0009]步驟3、對(duì)步驟2中建立的幾何模型賦置單元屬性和材料常數(shù)，并劃分網(wǎng)格；
[0010]步驟4、將兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行完全約束，施加自重荷載；
[0011]步驟5、調(diào)節(jié)幾何模型的彈性模量值，對(duì)幾何模型進(jìn)行非線性迭代計(jì)算；
[0012]步驟6、觀察形變圖:當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，若位移形變圖穿過(guò)了最低點(diǎn)，則停止非線性迭代，進(jìn)入下一個(gè)步驟，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，若位移形變圖穿過(guò)了位置較低的懸掛點(diǎn)，則停止迭代，進(jìn)入下一個(gè)步驟，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算；
[0013]步驟7、更新坐標(biāo)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)；
[0014]步驟8、將各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間進(jìn)行連接，創(chuàng)建新的幾何模型；
[0015]步驟9、對(duì)新的幾何模型賦單元屬性和材料常數(shù)，劃分網(wǎng)格，恢復(fù)彈性模量的實(shí)際值，得到導(dǎo)線初始形狀，找形結(jié)束。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明適用于有高差、無(wú)高差、檔內(nèi)存在最低點(diǎn)和檔內(nèi)不存在最低點(diǎn)等多種情況，適用范圍廣泛；(2)本發(fā)明采用小彈性模量法中的對(duì)實(shí)際彈性模量的調(diào)整，與直接迭代法的非線性計(jì)算相結(jié)合，迭代次數(shù)少，更易收斂，結(jié)果更精確。
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法的流程圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1建立的導(dǎo)線模型圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1將參考坐標(biāo)系移至最低點(diǎn)的示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行非線性求解，使模型通過(guò)參考坐標(biāo)系的示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例1找形前后導(dǎo)線形狀對(duì)比示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例2建立的導(dǎo)線模型示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行非線性求解的幾何模型示意圖。
[0025]圖8為本發(fā)明的實(shí)施例2找形前后導(dǎo)線形狀對(duì)比示意圖。
[0026]圖9為本發(fā)明的實(shí)施例2導(dǎo)線找形完成后的導(dǎo)線形狀示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合圖1，本發(fā)明的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，包括以下步驟:
[0028]步驟1、確定輸電線路的最低點(diǎn)坐標(biāo)，判斷最低點(diǎn)相對(duì)于輸電線路的位置是否在檔內(nèi)；所述檔內(nèi)為懸掛點(diǎn)之間的距離范圍；具體為:
[0029]以左側(cè)懸掛點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，輸電線路最低點(diǎn)的坐標(biāo)(X，y)計(jì)算公式為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟1、確定輸電線路的最低點(diǎn)坐標(biāo)，判斷最低點(diǎn)相對(duì)于輸電線路的位置是否在檔內(nèi)；所述檔內(nèi)為懸掛點(diǎn)之間的距離范圍； 步驟2、在ANSYS界面下建模:當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，以輸電導(dǎo)線的兩個(gè)實(shí)際懸掛點(diǎn)為幾何模型的端點(diǎn)；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，以檔外的最低點(diǎn)和兩個(gè)懸掛點(diǎn)中較高的懸掛點(diǎn)為幾何模型的兩個(gè)端點(diǎn)； 步驟3、對(duì)步驟2中建立的幾何模型賦置單元屬性和材料常數(shù)，并劃分網(wǎng)格； 步驟4、將兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行完全約束，施加自重荷載； 步驟5、調(diào)節(jié)幾何模型的彈性模量值，對(duì)幾何模型進(jìn)行非線性迭代計(jì)算； 步驟6、觀察形變圖:當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，若位移形變圖穿過(guò)了最低點(diǎn)，則停止非線性迭代，進(jìn)入下一個(gè)步驟，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，若位移形變圖穿過(guò)了位置較低的懸掛點(diǎn)，則停止迭代，進(jìn)入下一個(gè)步驟，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算； 步驟7、更新坐標(biāo),在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)； 步驟8、將各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間進(jìn)行連接，創(chuàng)建新的幾何模型； 步驟9、對(duì)新的幾何模型賦單元屬性和材料常數(shù)，劃分網(wǎng)格，恢復(fù)彈性模量的實(shí)際值，得到導(dǎo)線初始形狀，找形結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟I中計(jì)算輸電線路的最低點(diǎn)坐標(biāo)，判斷最低點(diǎn)相對(duì)于輸電線路的位置是否在檔內(nèi)具體為: 以左側(cè)懸掛點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，輸電線路最低點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y)計(jì)算公式為:
其中，σ。為輸電線路最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力；Y為輸電線路單位長(zhǎng)度、單位截面積上承受的載荷；1為檔距，即相鄰兩個(gè)懸掛點(diǎn)間垂直于載荷方向的投影距離；h為相鄰兩個(gè)懸掛點(diǎn)間沿載荷方向的高差，當(dāng)右側(cè)懸掛點(diǎn)高于左側(cè)懸掛點(diǎn)時(shí)，h為正值，反之為負(fù)值；LhI為兩側(cè)懸掛點(diǎn)在等高情況下的檔內(nèi)懸鏈線線長(zhǎng)； 若最低點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)值為負(fù)，則最低點(diǎn)在檔外；若最低點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)值為正，則最低點(diǎn)在檔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟2中在ANSYS界面下建模具體為: 采用笛卡爾全局坐標(biāo)系，對(duì)導(dǎo)線模型采用自下而上的建模方法，當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，以輸電線路導(dǎo)線的兩個(gè)懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)建立直線幾何模型；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，以最低點(diǎn)與較高懸掛點(diǎn)為端點(diǎn)建立直線幾何模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟3中所述材料常數(shù)包括導(dǎo)線截面積、彈性模量和密度，單元格按照每個(gè)單元長(zhǎng)度為Im來(lái)劃分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟5中所述彈性模量值小于彈性模量的實(shí)際值，對(duì)幾何模型進(jìn)行非線性迭代計(jì)算采用牛頓一拉夫遜算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟6中，當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，將ANSYS的WP坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系移至最低點(diǎn)處，觀察位移形變圖是否經(jīng)過(guò)WP坐標(biāo)系，若經(jīng)過(guò)，則停止非線性迭代，進(jìn)行步驟7，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，觀察位移形變圖是否經(jīng)過(guò)較低的懸掛點(diǎn)，若經(jīng)過(guò)，則停止非線性迭代，進(jìn)行步驟7，否則，調(diào)整彈性模量值，繼續(xù)進(jìn)行非線性迭代計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于ANSYS的輸電線路導(dǎo)線找形方法，其特征在于，步驟8所述將各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間進(jìn)行連接，創(chuàng)建新的幾何模型具體為:當(dāng)最低點(diǎn)在檔內(nèi)時(shí)，清除單元屬性，刪除原有的幾何模型，依次連接關(guān)鍵點(diǎn)，形成新的幾何模型；當(dāng)最低點(diǎn)在檔外時(shí)，清除單元屬性，刪除最初的幾何模型、最低點(diǎn)以及最低點(diǎn)與較低懸掛點(diǎn)之間的所有關(guān)鍵點(diǎn)，依次連接剩余關(guān)鍵點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104166776SQ201410437814
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】謝云云, 金穎, 張令灝, 劉昌盛 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)