專利名稱：預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電纜附件檢測(cè)方法，尤其是涉及一種用于預(yù)制式電纜附件界面壓力的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
電纜附件是連接電纜與輸配電線路及相關(guān)配電裝置的產(chǎn)品，一般指電纜線路中各種電纜的中間連接及終端連接，它與電纜一起構(gòu)成電力輸送網(wǎng)絡(luò)。電纜附件主要是依據(jù)電纜結(jié)構(gòu)的特性，既能恢復(fù)電纜的性能，又保證電纜長(zhǎng)度的延長(zhǎng)及終端的連接。電纜附件與電纜主絕緣間的握緊力是保證輸電線路安全運(yùn)行的關(guān)鍵。而實(shí)際測(cè)量附件與電纜界面的壓力非常復(fù)雜，這對(duì)電纜附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及判斷老化情況帶來(lái)諸多困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種檢測(cè)方便、準(zhǔn)確性高的預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，包括以下步驟I)測(cè)量電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量；2)采用有限元法對(duì)電纜附件及電纜進(jìn)行三維建模；3)確定電纜附件與電纜的過(guò)盈量以及邊界條件；4)在三維模型的內(nèi)側(cè)施加壓力，檢測(cè)預(yù)制式電纜附件由內(nèi)側(cè)至外側(cè)發(fā)生的位移值，并根據(jù)該位移值和楊氏彈性模量計(jì)算電纜附件環(huán)形切向的等效內(nèi)應(yīng)力；5)根據(jù)等效內(nèi)應(yīng)力并結(jié)合三維模型獲取電纜附件上的界面壓力。步驟I)具體包括以下步驟11)選取厚度為2mm的電纜片狀試樣及電纜附件片狀試樣；12)根據(jù)國(guó)標(biāo)GB1040-2006材料楊氏彈性模量測(cè)量方法，分別對(duì)電纜片狀試樣和電纜附件片狀試樣壓制成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀試樣，啞鈴狀試樣寬度為4mm，試樣原始標(biāo)距2mm ；13)將啞鈴狀試樣置于拉伸試驗(yàn)機(jī)內(nèi)夾具中，測(cè)量電纜片狀試樣和電纜附件片狀試樣的楊氏彈性模量值。所述的電纜片狀試樣為交聯(lián)聚乙烯片狀試樣，電纜附件試樣為液體硅橡膠片狀試樣。步驟2)具體包括以下步驟21)對(duì)電纜附件及電纜的接觸面的過(guò)盈量和界面壓力進(jìn)行仿真；22)根據(jù)已知的電纜截面尺寸和電纜附件厚度值，建立三維實(shí)體模型；23)根據(jù)電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量測(cè)量結(jié)果，設(shè)置材料特性參數(shù)；24)對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個(gè)網(wǎng)格單元為六面體單元。三維建模采用ANSYS軟件，采用的網(wǎng)格劃分方法包括自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分、拖拉網(wǎng)格劃分和混合網(wǎng)格劃分。步驟3)中電纜附件與電纜之間采用面-面接觸的方式確定過(guò)盈量，將一側(cè)界面標(biāo)定為目標(biāo)面，另一側(cè)界面標(biāo)定為接觸面，所述的目標(biāo)面為剛性界面，所述的接觸面為柔性面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)實(shí)際測(cè)量其楊氏彈性模量，然后建立電纜附件三維模型，根據(jù)該三維模型獲取接觸面的過(guò)盈量與界面壓力之間的關(guān)系，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單有效，可用于電纜附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及判斷老化中。


圖1為電纜附件與電纜絕緣界面壓力檢測(cè)流程圖；圖2為位移場(chǎng)分布等值線圖；圖3等效應(yīng)力場(chǎng)分布等值線圖；圖4界面壓力分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖1所示，一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，包括以下步驟步驟1:測(cè)量電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量，具體測(cè)量方法如下I)選取厚度為2_的電纜用交聯(lián)聚乙烯片狀試樣及電纜用附件用液體硅橡膠片狀試樣片狀試樣；2)根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 1040-2006材料楊氏彈性模量測(cè)量方法，分別對(duì)交聯(lián)聚乙烯片狀試樣和液體硅橡膠片狀試樣壓制成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀試樣，啞鈴狀試樣寬度為4mm，試樣原始標(biāo)距2mm ；3)將啞鈴狀試樣置于拉伸試驗(yàn)機(jī)內(nèi)夾具中，測(cè)量交聯(lián)聚乙烯片狀試樣和液體硅橡膠片狀試樣的楊氏彈性模量值。步驟2 :采用有限元法對(duì)電纜附件及電纜進(jìn)行三維建模。I)仿真對(duì)象實(shí)際運(yùn)行中預(yù)制式電纜附件為保證一定的界面壓力，以一定的過(guò)盈量與電纜套接。電纜附件三維數(shù)學(xué)模型的建立，針對(duì)附件運(yùn)行過(guò)程中的最薄弱點(diǎn)——電纜附件與電纜接觸處的夾層介質(zhì)為研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行過(guò)盈量和界面壓力的仿真與計(jì)算。2)建立三維實(shí)體模型根據(jù)已知的電纜截面尺寸和附件厚度值，利用ANSYS有限元軟件中solidl86單元建立初始1/4三維實(shí)體模型。3)設(shè)置材料特性根據(jù)材料楊氏彈性模量測(cè)量結(jié)果，設(shè)置材料特性參數(shù)。4)進(jìn)行劃分網(wǎng)格；ANSYS網(wǎng)格劃分方法包括自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分、拖拉網(wǎng)格劃分、混合網(wǎng)格劃分，本實(shí)施例中采用映射網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元為六面體單元。步驟3 :確定電纜附件與電纜的過(guò)盈量以及邊界條件。ANSYS有限元軟件支持三種接觸方式點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-面、面-面接觸。本實(shí)施例采用面-面接觸計(jì)算過(guò)盈配合問(wèn)題。面-面接觸計(jì)算中，把一個(gè)界面作為目標(biāo)面，而把另一個(gè)界面作為接觸面，目標(biāo)面總是剛性的，接觸面總是柔性面，這兩個(gè)面合起來(lái)作為一個(gè)接觸對(duì)。在ANSYS有限元軟件中，用Targel69和Contal71或Contal72來(lái)定義二維接觸對(duì)，使用Targel70和Contal73或Contal74來(lái)定義三維接觸對(duì),程序通過(guò)相同的序號(hào)來(lái)識(shí)別接觸對(duì)的兩個(gè)界面。而邊界條件的確定也可以通過(guò)ANSYS有限元軟件來(lái)完成，具體的操作步驟如下I)設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵字設(shè)置KEYOPT(2) = O,KEYOPT(9) = 4，表示采用通過(guò)實(shí)常數(shù)CNOF來(lái)設(shè)置過(guò)盈量。正值表示增加過(guò)盈量，負(fù)值表示減少過(guò)盈量。2)加載邊界條件由于電纜附件的對(duì)稱性，建模時(shí)建立1/4的模型，因此需要定義軸對(duì)稱邊條來(lái)模擬實(shí)際情況；定義內(nèi)軸位移約束。3)設(shè)置求解和載荷步選項(xiàng)，指定分析類型和設(shè)定分析選項(xiàng)。在ANSYS的求解器中，設(shè)置 solution control 選項(xiàng)，將 Analysis options 設(shè)置為 Large Displacement Static選項(xiàng)。分析類型通過(guò)命令A(yù)NTYPE = O設(shè)置。4)求解由于此實(shí)驗(yàn)中的過(guò)盈問(wèn)題屬于大變形問(wèn)題，在求解前要設(shè)置一些非線性選項(xiàng)來(lái)幫組問(wèn)題的收斂。例如,將“Normal Penalty Stiffness”(正則處罰剛度)定義為0.1,將 “Stiffness matrix” (剛度矩陣)下拉框設(shè)定為 “Unsymmetric” 項(xiàng)。5)查看邊界條件的確定結(jié)果。步驟4:在三維模型的內(nèi)側(cè)施加壓力，檢測(cè)預(yù)制式電纜附件由內(nèi)側(cè)至外側(cè)發(fā)生的位移值，并根據(jù)該位移值和楊氏彈性模量計(jì)算電纜附件環(huán)形切向的等效內(nèi)應(yīng)力。在電纜附件三維模型內(nèi)側(cè)施加壓力，電纜附件從內(nèi)側(cè)到外側(cè)發(fā)生位移，如圖2所示，為電纜截面為400mm2，絕緣厚度4. 5mm,電纜附件主絕緣厚度10mm，在內(nèi)側(cè)施加壓力時(shí)從內(nèi)到外位移場(chǎng)分布圖。圖中A區(qū)域?yàn)殡娎|內(nèi)側(cè)施壓區(qū)，B區(qū)域?yàn)殡娎|附件內(nèi)側(cè)最大位移量3. 608_，C區(qū)域?yàn)殡娎|附件最外側(cè)，位移量最小0. 802_。因此，電纜附件從靠近電纜內(nèi)側(cè)到外側(cè)，位移量逐漸減小。然后，根據(jù)楊氏彈性模量測(cè)量結(jié)果，由電纜附件從內(nèi)到外不同的位移量得出內(nèi)外不同擴(kuò)張率，從而計(jì)算出電纜附件環(huán)形切向等效內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)，如圖3所示。步驟5 :根據(jù)等效內(nèi)應(yīng)力并結(jié)合三維模型獲取電纜附件上的界面壓力。根據(jù)等效力學(xué)傳遞原理，由等效內(nèi)應(yīng)力獲取界面壓力。由于可以在ANSYS有限元軟件分析中設(shè)置接觸面，接觸面的作用是為了在不同材料的交界面上實(shí)現(xiàn)力的傳遞，通過(guò)交界面上的內(nèi)應(yīng)力與設(shè)置的接觸面的幾何大小(即面積)可以得出交界面上的界面壓力，通過(guò)命令PLNS0L，C0NT，PRES，0，1可得出電纜附件交界面上的界面壓力等值線圖如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，當(dāng)附件內(nèi)側(cè)最大位移量為3. 608mm時(shí)，附件內(nèi)側(cè)需施加約0. 239MPa的界面壓力，因此，附件絕緣作用于電纜的界面壓力為0. 239MPa。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)測(cè)量電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量； 2)采用有限元法對(duì)電纜附件及電纜進(jìn)行三維建模； 3)確定電纜附件與電纜的過(guò)盈量以及邊界條件； 4)在三維模型的內(nèi)側(cè)施加壓力，檢測(cè)預(yù)制式電纜附件由內(nèi)側(cè)至外側(cè)發(fā)生的位移值，并根據(jù)該位移值和楊氏彈性模量計(jì)算電纜附件環(huán)形切向的等效內(nèi)應(yīng)力； 5)根據(jù)等效內(nèi)應(yīng)力并結(jié)合三維模型獲取電纜附件上的界面壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，步驟1)具體包括以下步驟: 11)選取厚度為2mm的電纜片狀試樣及電纜附件片狀試樣； 12)根據(jù)國(guó)標(biāo)GB1040-2006材料楊氏彈性模量測(cè)量方法，分別對(duì)電纜片狀試樣和電纜附件片狀試樣壓制成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀試樣，啞鈴狀試樣寬度為4mm，試樣原始標(biāo)距2mm ； 13)將啞鈴狀試樣置于拉伸試驗(yàn)機(jī)內(nèi)夾具中，測(cè)量電纜片狀試樣和電纜附件片狀試樣的楊氏彈性模量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，所述的電纜片狀試樣為交聯(lián)聚乙烯片狀試樣，電纜附件試樣為液體硅橡膠片狀試樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，步驟2)具體包括以下步驟: 21)對(duì)電纜附件及電纜的接觸面的過(guò)盈量和界面壓力進(jìn)行仿真； 22)根據(jù)已知的電纜截面尺寸和電纜附件厚度值，建立三維實(shí)體模型； 23)根據(jù)電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量測(cè)量結(jié)果，設(shè)置材料特性參數(shù)； 24)對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個(gè)網(wǎng)格單元為六面體單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，三維建模采用ANSYS軟件，采用的網(wǎng)格劃分方法包括自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分、拖拉網(wǎng)格劃分和混合網(wǎng)格劃分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3)中電纜附件與電纜之間采用面-面接觸的方式確定過(guò)盈量，將一側(cè)界面標(biāo)定為目標(biāo)面，另一側(cè)界面標(biāo)定為接觸面，所述的目標(biāo)面為剛性界面，所述的接觸面為柔性面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)制式電纜附件界面壓力檢測(cè)方法，包括以下步驟1)測(cè)量電纜附件及電纜材料的楊氏彈性模量；2)采用有限元法對(duì)電纜附件及電纜進(jìn)行三維建模；3)確定電纜附件與電纜的過(guò)盈量以及邊界條件；4)在三維模型的內(nèi)側(cè)施加壓力，檢測(cè)預(yù)制式電纜附件由內(nèi)側(cè)至外側(cè)發(fā)生的位移值，并根據(jù)該位移值和楊氏彈性模量計(jì)算電纜附件環(huán)形切向的等效內(nèi)應(yīng)力；5)根據(jù)等效內(nèi)應(yīng)力并結(jié)合三維模型獲取電纜附件上的界面壓力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有檢測(cè)方便、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/00GK103076116SQ201210591130
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者柳松, 陳守直, 彭嘉康, 王霞, 吳鍇, 錢(qián)維忠, 黃家彬, 胡為進(jìn), 楊奕暉, 吳家華, 陸磊, 崔浩 申請(qǐng)人:上海捷錦電力新材料有限公司, 上海市電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司