本书系统介绍了作者通过理论研究、数值模拟和模型试验等手段，开展输电线路覆冰、舞动机理及防治技术的研究成果。全书共9章，主要包括绪论、导线结冰及气动力特性风洞试验、导线拉弯扭耦合力学参数研究、导线静力找形及模态分析、覆冰输电导线舞动模型、覆冰输电导线舞动近似解析分析、基于曲梁单元的覆冰输电导线静力有限元分析、输电导线舞动有限元分析、覆冰输电导线防舞有限元分析等内容。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 工程背景 1
1.2 导线覆冰及气动力特性 3
1.3 导线扭转力学性能 4
1.4 覆冰输电导线舞动理论 5
1.5 导线舞动分析模型 8
1.6 导线舞动计算方法 9
1.7 输电线路防舞研究 10
第2章 导线结冰及气动力特性风洞试验 12
2.1 导线结冰风洞试验研究 12
2.1.1 试验方法 12
2.1.2 两种覆冰增长率模型 13
2.1.3 单导线的结冰试验 13
2.1.4 四分裂导线的结冰试验 15
2.2 导线气动力特性试验 16
2.2.1 试验方法 16
2.2.2 不覆冰输电导线气动力特性 18
2.2.3 覆冰输电导线气动力特性 25
2.3 绝缘子风洞试验 27
2.3.1 试验模型 27
2.3.2 试验内容 27
2.3.3 试验方法 28
2.3.4 结果及分析 28
2.3.5 风速的影响 28
2.3.6 尾流干扰效应 29
第3章 导线拉弯扭耦合力学参数研究 33
3.1 螺旋结构刚度理论 33
3.1.1 螺旋结构刚度矩阵 34
3.1.2 径向力与摩擦力 40
3.2 导线扭转试验 42
3.3 导线扭转仿真 45
3.3.1 数值建模 46
3.3.2 分析结果 46
3.4 拉扭耦合效应分析 48
3.5 等效扭转刚度 52
3.5.1 导线等效剪切模量计算 52
3.5.2 捻角的影响 54
3.5.3 泊松比的影响 56
3.5.4 绞线直径的影响 57
3.5.5 综合经验公式 57
3.6 抗弯刚度分析 58
3.7 等效抗弯刚度 59
第4章 导线静力找形及模态分析 63
4.1 平面弹性悬链线 63
4.2 空间悬链线单元 65
4.2.1 弹性悬链线的解析解 65
4.2.2 均布荷载作用下空间悬链线的解析解 67
4.2.3 坐标转换矩阵和等效节点力 69
4.3 导线结构的静力非线性分析 70
4.4 导线初始张力和原长计算 70
4.5 悬链线导线单元的静力非线性分析 71
4.5.1 平面荷载导线找形 72
4.5.2 空间荷载导线找形 72
4.6 抗弯刚度对找形的影响 75
4.7 考虑抗弯刚度的导线找形 79
4.7.1 抗弯刚度导线线长 79
4.7.2 抗弯刚度导线刚度 80
4.7.3 考虑抗弯刚度的导线找形 81
4.7.4 模型仿真验证 82
4.8 悬索模态理论 85
4.8.1 导线自由振动模态分析 85
4.8.2 考虑轴向边界条件的导线自由振动模态分析 89
4.8.3 倾斜导线模态 91
4.8.4 考虑抗弯刚度的导线模态 92
4.8.5 算例验证 96
第5章 覆冰输电导线舞动模型 99
5.1 覆冰输电导线舞动及其空气动力特性 99
5.2 基于索结构理论的三种舞动模型 100
5.2.1 单自由度舞动模型 100
5.2.2 二自由度舞动模型 103
5.2.3 考虑边界条件的三自由度舞动模型 104
5.3 考虑边界条件的输电导线曲梁模型 109
5.3.1 导线位形假定 109
5.3.2 考虑边界条件的导线应变分析 110
5.3.3 覆冰输电导线运动学模型 114
5.3.4 空气动力荷载 118
5.3.5 荷载模型 119
5.4 模型验证及边界条件对舞动的影响 124
5.4.1 D形截面模型 124
5.4.2 新月形导线舞动分析 129
5.5 本章小结 135
第6章 覆冰输电导线舞动近似解析分析 137
6.1 简化后的二自由度舞动模型 137
6.2 二自由度多尺度法求解 138
6.2.1 1∶1共振分析 140
6.2.2 2∶1共振分析 143
6.3 舞动模型的分岔与稳定性分析 145
6.3.1 1∶1共振分析 145
6.3.2 2∶1共振分析 146
6.4 舞动性能算例分析 147
6.4.1 1∶1舞动性能分析 148
6.4.2 1∶1弹性边界条件的影响 150
6.4.3 2∶1舞动性能分析 151
6.4.4 2∶1弹性边界条件的影响 152
6.5 多尺度法验证 153
6.6 本章小结 154
第7章 基于曲梁单元的覆冰输电导线静力有限元分析 156
7.1 曲梁有限元模型 156
7.1.1 建立坐标系 156
7.1.2 位移插值函数 157
7.1.3 应变-曲率-位移关系 158
7.1.4 坐标转换 158
7.2 动力学方程 160
7.2.1 刚度矩阵 160
7.2.2 质量矩阵 162
7.2.3 阻尼矩阵 163
7.3 非线性静力分析 164
7.4 算例分析 164
7.4.1 算例对比 164
7.4.2 抗弯刚度分析 170
7.5 覆冰分裂导线曲梁模型及抗扭刚度分析 171
7.5.1 分裂导线的简化模型 171
7.5.2 曲梁模型和索单元模型对比 175
7.5.3 抗扭刚度求解方法 179
7.5.4 四分裂导线抗扭刚度研究 182
7.6 本章小结 185
第8章 输电导线舞动有限元分析 186
8.1 基于索结构理论的覆冰输电导线舞动分析 186
8.1.1 导线空间模型 186
8.1.2 刚度矩阵分析 187
8.1.3 单元质量矩阵 188
8.1.4 结构阻尼矩阵 190
8.1.5 荷载向量 191
8.1.6 边界条件分析 193
8.1.7 非线性体系运动平衡方程的求解 195
8.1.8 D形覆冰输电导线的舞动分析 196
8.2 基于空间三节点曲梁单元的覆冰输电导线舞动分析 198
8.2.1 静风下风攻角找形 199
8.2.2 稳定性判定和临界风速 199
8.2.3 D形覆冰输电导线的舞动分析 201
8.2.4 新月形覆冰输电导线的舞动分析 204
8.3 分裂导线的舞动有限元分析 212
8.3.1 分裂导线的等效单导线有限元模型 213
8.3.2 分裂导线舞动分析案例验证 215
8.3.3 基于曲梁理论的分裂导线有限元模型 218
8.3.4 基于曲梁理论的分裂导线舞动分析 219
第9章 覆冰输电导线防舞有限元分析 228
9.1 无防振措施的舞动临界风速 228
9.1.1 临界风速判定 228
9.1.2 全攻角临界风速分析 229
9.1.3 舞动幅值分析 230
9.1.4 阻尼比的影响 232
9.2 失谐摆防舞机理 233
9.2.1 失谐摆基本参数 233
9.2.2 失谐摆动力学方程 234
9.2.3 失谐摆防舞案例 234
9.3 双摆防舞器 236
9.4 TMD防舞机理 237
9.5 双摆型TMD防舞器 238
9.6 阻尼器防舞效果研究 240
9.7 失谐间隔棒防舞机理 242
9.7.1 子间隔棒布置形式 242
9.7.2 子间隔棒偏移距离 246
9.7.3 子间隔棒防舞效果对比 249
9.7.4 小结 255
参考文献 257
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