風雨致輸電塔線結構振動特性及試驗研究.pdf

1、輸電塔線結構具有塔體結構高、跨度大和結構柔性強等特點，在風雨荷載的作用下極易發(fā)生氣動特性失穩(wěn)，導致振動疲勞損傷乃至倒塌破壞，嚴重制約著輸電線路的安全穩(wěn)定運行。由于風雨致輸電塔線結構振動涉及到氣、液、固和電場力多相耦合，至今尚未對其振動機理有明確的認識。因此為全面而準確的研究風雨致輸電塔線結構的振動特性，本文在試驗研究的基礎上，針對輸電塔線結構模型進行動力學特性分析。
　　首先，在針對輸電導線風雨激振現(xiàn)象進行深入分析的基礎上，參考和

2、借鑒了國內外學者的研究成果，提出輸電導線風雨激振的影響因素和形成機理。結合各影響因素的參數變化，建立了輸電導線風雨致振的力學模型;并利用Galerkin法和中心差分法對振動方程進行求解，為相關理論的深入研究和模擬實驗創(chuàng)造了條件。
　　其次，針對輸電導線風雨激振特點，自制了輸電導線風雨激振試驗裝置;并基于試驗和有限元分析軟件的方法對輸電導線風雨激振實驗裝置進行了模態(tài)分析;并從動力學的角度出發(fā)，通過調整實驗裝置某些部位的剛度和整體質量

3、，從而改變實驗裝置的固有頻率，有效的避免了風雨激振模擬實驗裝置正常工作時的振動現(xiàn)象。在不同荷載工況條件下，采用自制的輸電導線風雨激振試驗裝置對輸電導線風雨激振進行模擬試驗，通過試驗數據分析輸電導線動力響應規(guī)律和影響因素，得到了具有典型傾角和雨線位置的輸電導線在不同風速下的振動響應，以及輸電導線易發(fā)生風雨激振的風速大小和雨線的位置。從而也驗證了風雨激振理論力學模型和形成機理的正確性。
　　然后，在輸電導線風雨激振試驗的基礎上，利用混

4、合子結構方法對輸電導線風雨激振進行數值模擬。將通過風雨激振試驗臺實測的模型振動響應施加到流場邊界上，通過Fluent對動邊界形成數值模擬計算，得到輸電導線風雨激振的非定常氣動力系數;將計算得到的氣動力施加到輸電導線模型上，發(fā)現(xiàn)利用子結構方法得到的氣動力系數計算出輸電導線振動響應與試驗結果接近，說明通過混合子結構方法得到的氣動力系數具有較高的精度。該方法為不便于實驗獲取氣動力系數的特性振動問題研究提供了一種有效途徑。
　　最后，根據

5、以上輸電導線風雨致振的分析結論，針對輸電塔振動特性進行研究;依據結構動力學相似準則，采用一種新型設計方法制作了輸電塔結構氣彈模型，并利用有限元分析軟件以及相關測試系統(tǒng)對其進行動力學分析，驗證了氣彈模型的準確性;利用自制的大氣邊界層風洞試驗臺進行了風振試驗，分別研究了在不同風速以及風向角下輸電塔的位移與加速度響應特點。研究結果表明:輸電塔順風向和橫風向的位移響應均值隨風速的增大而增加，順風向響應變化顯著;輸電塔順風向和橫風向加速度響應隨風