一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)及其仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)及其仿真方法，其利用有限元分析軟件的開發(fā)功能對輸電桿塔進(jìn)行建模，并集成輸電桿截面型材、桿件材料，通過直接輸入輸電桿塔的實(shí)際工況數(shù)據(jù)計(jì)算輸電桿、導(dǎo)線的自重或覆冰載荷以及塔體、導(dǎo)線的風(fēng)載荷，并對載荷進(jìn)行綜合分析處理以生成分析報(bào)告、應(yīng)力云圖、變形云圖，其減少了繁瑣的計(jì)算過程和操作過程，使得輸電桿塔的設(shè)計(jì)變得快速有效。
【專利說明】-種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)及其仿真方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)及其仿真方法，具體是一種分析 輸電桿塔結(jié)構(gòu)在風(fēng)載和覆冰載荷條件下的靜力學(xué)分析方法，屬于電力工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電桿塔是支撐架空輸電線路導(dǎo)線和地線并使它們之間W及與大地之間保持一 定距離的桿形和塔形的構(gòu)筑物，其安全可靠性直接關(guān)系到整個(gè)輸電線路的安全運(yùn)行。在架 空輸電線路工程中，桿塔建設(shè)費(fèi)用約占本體投資的30%甚至W上，直接決定著線路的經(jīng)濟(jì) 性。
[0003] 傳統(tǒng)的桿塔設(shè)計(jì)方法是手工計(jì)算，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)及有限元方法對其進(jìn)行力學(xué)性能 分析，該要求設(shè)計(jì)人員具備豐富的桿塔設(shè)計(jì)及分析計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)。采用有限元方法分析時(shí)，工 程中一般采用空間巧架模型來處理。在桿塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究方面，有較完善的理論基礎(chǔ)及 相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，桿塔分析軟件也逐級出現(xiàn)，比如東北電力設(shè)計(jì)院 用Fortran77編寫的自立式桿塔內(nèi)力分析軟件，但是其嚴(yán)格的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及輸入要求、繁瑣 的操作過程，使其應(yīng)用不具有通用性和普遍性；很多設(shè)計(jì)單位基于商業(yè)有限元軟件開展桿 塔的力學(xué)分析，如西南電力設(shè)計(jì)院聯(lián)合重慶大學(xué)基于ABA卵S開展220kV高壓輸電線路風(fēng)偏 有限元模擬研究；湖南電力試驗(yàn)研究院利用ANSYS軟件分析了塔線體系結(jié)構(gòu)，分析其在覆 冰荷載下的應(yīng)力和位移變形情況，計(jì)算極限覆冰荷載及桿塔倒塌的破壞型式。該種基于商 業(yè)軟件的力學(xué)分析方法，由于桿塔結(jié)構(gòu)的建模及分析流程相當(dāng)繁瑣，花費(fèi)周期很長，成本較 局。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明技術(shù)的目的在于；提供一種輸電桿塔快速建模，并進(jìn)行力學(xué)分析的系統(tǒng)和 仿真方法，并通過交互式是數(shù)據(jù)輸入，使系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行仿真分析、進(jìn)行仿真結(jié)果評估并完成 仿真分析報(bào)告輸出。
[0005] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)，包括輸電桿建模模塊和力學(xué)性能評估模 塊；其特征在于；輸電桿建模模塊包括塔身子模塊、導(dǎo)線子模塊、塔身塔頭裝配子模塊、輸 電桿截面型材庫子模塊、輸電桿材料庫子模塊、塔頭模型庫子模塊，力學(xué)性能評估模塊包括 載荷計(jì)算模塊、綜合分析處理模塊W及實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊，其中載荷計(jì)算模塊根據(jù)各 子模塊的模型數(shù)據(jù)和實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊的數(shù)據(jù)計(jì)算輸電桿、導(dǎo)線的自重或覆冰載荷W 及塔體、導(dǎo)線的風(fēng)載荷，綜合分析處理模塊通過有限元分析方法對輸電桿塔模型的載荷進(jìn) 行綜合分析處理。
[0007] 優(yōu)選的，輸電桿建模模塊基于有限元分析軟件ANSYS，對塔身子模塊、導(dǎo)線子模塊、 塔身塔頭裝配子模塊進(jìn)行建模，對輸電桿截面型材庫子模塊、輸電桿材料庫子模塊、塔頭模 型庫子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫封裝。
[0008] 優(yōu)選的，力學(xué)性能評估模塊基于TCL/TK腳本語言，結(jié)合輸電桿建模模塊各個(gè)子模 塊和輸電桿塔的實(shí)際工況數(shù)據(jù)，調(diào)用C語言計(jì)算輸電桿、導(dǎo)線的自重或覆冰載荷W及塔體、 導(dǎo)線的風(fēng)載荷，并加載載荷通過有限元分析方法對其進(jìn)行綜合分析處理W生成分析報(bào)告、 應(yīng)力云圖、變形云圖。
[0009] 一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析的仿真方法，其特征在于包括如下步驟：
[0010] a.通過有限元分析軟件對輸電塔的塔身、塔頭、導(dǎo)線的真實(shí)模型進(jìn)行建模，并建立 塔頭庫、材料庫、截面型材庫；
[0011] b.結(jié)合塔頭庫將塔身塔頭進(jìn)行裝配；
[0012] C.結(jié)合截面型材庫和材料庫進(jìn)行模型屬性分配；
[0013] d.根據(jù)輸電桿塔的實(shí)際工況數(shù)據(jù)計(jì)算裝配好的輸電桿塔模型在自重、風(fēng)力、覆冰 作用下的載荷；
[0014] e.根據(jù)有限元分析方法對輸電桿塔模型的載荷進(jìn)行綜合分析并生成分析報(bào)告、應(yīng) 力云圖、變形云圖。
[0015] 優(yōu)選的，步驟a中的有限元分析軟件采用ANSYS。
[0016] 優(yōu)選的，步驟d中載荷計(jì)算是通過調(diào)用C語言編寫的載荷計(jì)算公式完成的。
[0017] 優(yōu)選的，該仿真方法基于上述分析系統(tǒng)。
[00化]本發(fā)明采用了通用商業(yè)有限元軟件ANSYS，通過定制開發(fā)，構(gòu)建了專業(yè)分析系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了輸電桿塔的快速建模及輸電桿塔的力學(xué)性能評估。其中還設(shè)及到了 TCL/TK腳本語 言開發(fā)技術(shù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫封裝技術(shù)及風(fēng)載荷計(jì)算方法，但本發(fā)明也可W采用其他商業(yè)有限 元分析軟件。
[0019] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析軟件系統(tǒng)是在ANSYS商業(yè)軟件的基礎(chǔ)上，對輸電桿塔 力學(xué)性能評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、分析流程、規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了集成和封裝，構(gòu)建基于模板的專業(yè) 化建模環(huán)境、不同工況的分析計(jì)算環(huán)境W及基于規(guī)范的結(jié)果評估環(huán)境，進(jìn)而規(guī)范了桿塔建 模過程及性能評估過程、實(shí)現(xiàn)了通用軟件的專業(yè)化、降低了軟件的使用口檻、提高了仿真計(jì) 算的效率和質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳 [00巧細(xì)的說明，其中，
[0023] 圖1是本發(fā)明所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明所述的系統(tǒng)仿真方法的流程圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的AP化命令流圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述的創(chuàng)建材料命令圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述的載荷加載UI界面；
[002引圖6貓頭塔設(shè)置界面圖；
[0029] 圖7整體變形云圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明所述的輸電桿塔靜力學(xué)仿真方法對應(yīng)的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括輸 電桿建模模塊和力學(xué)性能評估模塊；輸電桿建模模塊包括塔身子模塊、導(dǎo)線子模塊、塔身塔 頭裝配子模塊、輸電桿截面型材庫子模塊、輸電桿材料庫子模塊、塔頭模型庫子模塊，力學(xué) 性能評估模塊包括載荷計(jì)算模塊、綜合分析處理模塊W及實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊，其中載 荷計(jì)算模塊根據(jù)各子模塊的模型數(shù)據(jù)和實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊的數(shù)據(jù)計(jì)算輸電桿、導(dǎo)線的 自重或覆冰載荷W及塔體、導(dǎo)線的風(fēng)載荷，綜合分析處理模塊通過有限元分析方法對輸電 桿塔模型的載荷進(jìn)行綜合分析處理。本發(fā)明的輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析方法的理論計(jì)算 公式如下：
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析系統(tǒng)，包括輸電桿建模模塊和力學(xué)性能評估模塊； 其特征在于：輸電桿建模模塊包括塔身子模塊、導(dǎo)線子模塊、塔身塔頭裝配子模塊、輸電桿 截面型材庫子模塊、輸電桿材料庫子模塊、塔頭模型庫子模塊，力學(xué)性能評估模塊包括載荷 計(jì)算模塊、綜合分析處理模塊以及實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊，其中載荷計(jì)算模塊根據(jù)各子模 塊的模型數(shù)據(jù)和實(shí)際工況數(shù)據(jù)輸入模塊的數(shù)據(jù)計(jì)算輸電桿、導(dǎo)線的自重或覆冰載荷以及塔 體、導(dǎo)線的風(fēng)載荷，綜合分析處理模塊通過有限元分析方法對輸電桿塔模型的載荷進(jìn)行綜 合分析處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析系統(tǒng)，其特征在于：輸電桿建模模塊基于有限元分析軟 件ANSYS，對塔身子模塊、導(dǎo)線子模塊、塔身塔頭裝配子模塊進(jìn)行建模，對輸電桿截面型材庫 子模塊、輸電桿材料庫子模塊、塔頭模型庫子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫封裝。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析系統(tǒng)，其特征在于：力學(xué)性能評估模塊基于TCL/TK語 言，結(jié)合輸電桿建模模塊各個(gè)子模塊和輸電桿塔的實(shí)際工況數(shù)據(jù)，調(diào)用C語言計(jì)算輸電桿、 導(dǎo)線的自重或覆冰載荷以及塔體、導(dǎo)線的風(fēng)載荷，并加載載荷通過有限元分析方法對其進(jìn) 行綜合分析處理以生成分析報(bào)告、應(yīng)力云圖、變形云圖。
4. 一種輸電桿塔結(jié)構(gòu)靜態(tài)力學(xué)分析仿真方法，其特征在于包括如下步驟： a. 通過有限元分析軟件對輸電塔的塔身、塔頭、導(dǎo)線的真實(shí)模型進(jìn)行建模，并建立塔頭 庫、材料庫、截面型材庫； b. 結(jié)合塔頭庫將塔身塔頭進(jìn)行裝配； c. 結(jié)合截面型材庫和材料庫進(jìn)行模型屬性分配； d. 根據(jù)輸電桿塔的實(shí)際工況數(shù)據(jù)計(jì)算裝配好的輸電桿塔模型在自重、風(fēng)力、覆冰作用 下的載荷； e. 根據(jù)有限元分析方法對輸電桿塔模型的載荷進(jìn)行綜合分析并生成分析報(bào)告、應(yīng)力云 圖、變形云圖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真方法，其特征在于：步驟a中的有限元分析軟件采用 ANSYS〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真方法，其特征在于：步驟d中載荷計(jì)算是通過調(diào)用c語 目編與的載荷計(jì)算公式完成的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真方法，其特征在于：該仿真方法基于權(quán)利要求1-3任一 項(xiàng)分析系統(tǒng)。
【文檔編號】G06Q50/06GK104504167SQ201410435938
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】彭家寧, 邊美華, 盧展強(qiáng), 張興森, 梁世容, 施錦奎, 劉志偉, 王昱皓, 李銘 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院