本發(fā)明涉及線夾技術(shù)領(lǐng)域，更具體的是一種電力線夾有限元仿真分析方法。

背景技術(shù)：

電力線夾包括懸垂線夾和耐張線夾等。懸垂線夾用于導(dǎo)線等在直線桿塔的連接；耐張線夾，用于固定導(dǎo)線的端頭，以承受導(dǎo)線張力，并將導(dǎo)線掛至耐張串組或桿塔上的金具。

懸垂線夾現(xiàn)在在國內(nèi)應(yīng)用廣泛，是架空輸電線路中的一種重要金具，在架空輸電線路中直接與導(dǎo)線接觸，起著穩(wěn)固、支托及懸掛輸電電線的作用。在實(shí)際工況下，懸垂線夾受到橫向、縱向及垂直方向上的作用力，受力狀態(tài)較為復(fù)雜，且懸垂線夾的受力情況決定了懸垂線夾中的應(yīng)力分布特性。

由于受到制造工藝缺陷和服役中的應(yīng)力載荷的影響，電力線夾尤其是懸垂線夾可能會產(chǎn)生缺陷，致使線夾破壞失效，進(jìn)而可能引發(fā)輸電線路故障，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究線夾在役狀態(tài)下的應(yīng)力分布情況，分析其應(yīng)力集中部位，對線夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和檢測的優(yōu)化以及懸垂線夾表面缺陷的監(jiān)測是十分有必要的，對保障電力供應(yīng)安全具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種電力線夾有限元仿真分析方法，通過該方法可以對線夾進(jìn)行快速建模并對線夾受力進(jìn)行仿真分析，獲取其應(yīng)力集中部位，進(jìn)而對應(yīng)力集中部位進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化和缺陷監(jiān)測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種電力線夾有限元仿真分析方法，包括以下步驟：

S1.利用三維軟件建立電力線夾模型，電力線夾模型包括線夾本體模型、螺栓模型和導(dǎo)線模型；

S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導(dǎo)入有限元仿真分析軟件中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數(shù)；

S3.建立坐標(biāo)系，劃分電力線夾模型的網(wǎng)格，定義網(wǎng)格的大小；

S4.施加電力線夾模型的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算，所述邊界條件包括螺栓預(yù)緊力、載荷、約束和接觸；

S5.計(jì)算獲得結(jié)果；

S6.將仿真計(jì)算的結(jié)果處理成仿真云圖或相應(yīng)的數(shù)據(jù)形式，通過仿真云圖觀察應(yīng)力分布的整體和局部狀態(tài)，確定仿真云圖上電力線夾各個(gè)部位的應(yīng)力數(shù)值。

進(jìn)一步的，所述三維軟件為Pro/Engineer三維軟件。

進(jìn)一步的，所述有限元仿真分析軟件為ADAMS、SolidWorks Simulation、ANSYS中的一種。

進(jìn)一步的，所述有限元仿真分析軟件為ANSYS。

進(jìn)一步的，所述步驟S1中，建立電力線夾模型具體操作步驟為：預(yù)先構(gòu)建線夾本體模型及與線夾本體配套使用的螺栓模型、導(dǎo)線模型，再完成線夾本體模型、螺栓模型和導(dǎo)線模型之間的裝配。

進(jìn)一步的，所述步驟S2中，特性參數(shù)包括材料的密度、彈性模量和元素含量。

進(jìn)一步的，所述步驟S2中，電力線夾模型的網(wǎng)格為四面體網(wǎng)格。

通過上述技術(shù)方案，可以對線夾進(jìn)行快速建模并對線夾受力進(jìn)行仿真分析，然后通過獲得的仿真云圖獲取線夾應(yīng)力集中部位，進(jìn)而對應(yīng)力集中部位進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化和缺陷監(jiān)測，由此可見，通過本發(fā)明的電力線夾有限元仿真分析方法，可對線夾重點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可對制造獲得的線夾成品進(jìn)行仿真檢測，尤其是對含缺陷的線夾進(jìn)行仿真檢測，大大提高了線夾應(yīng)用的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2是實(shí)施例的獲得的仿真云圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。

S1. 利用三維軟件Pro/Engineer建立電力線夾模型，先分別構(gòu)建XGU-4型線夾的線夾本體模型、螺栓模型和導(dǎo)線模型，再完成線夾本體模型、螺栓模型和導(dǎo)線模型之間的裝配；建立好三維模型之后，根據(jù)文件格式要求保存為相應(yīng)格式IGES。

S2.將步驟S1獲得的電力線夾模型導(dǎo)入有限元仿真分析軟件ansys中，定義電力線夾的材料屬性和特性參數(shù)，材料屬性為可鍛鑄鐵件，特性參數(shù)：抗拉強(qiáng)度為330MPa，伸長率為12%，布氏硬度為150HB，彈性模量為48GPa、泊松比為0.18。

S3. 建立坐標(biāo)系，劃分電力線夾模型的網(wǎng)格，劃分成四面體網(wǎng)格，再定義網(wǎng)格的大小。

S4. 施加電力線夾模型的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算，邊界條件包括螺栓預(yù)緊力、載荷、約束和接觸。載荷通過局部坐標(biāo)系來完成，約束是以線夾體銷孔的上表面來約束整個(gè)線夾，接觸是通過模塊中contacts來完成定義。

其中，邊界條件的確定過程為：

根據(jù)相應(yīng)線夾標(biāo)準(zhǔn)給定的導(dǎo)線類型鋼芯鋁絞線來查閱相關(guān)手冊，通過計(jì)算確定了550m長導(dǎo)線的重力值約為528.44kg，再根據(jù)懸垂線夾的使用手冊確定安全系數(shù)為2，最終確定仿真施加載荷約為11.2kN。

由導(dǎo)線和懸垂線夾的接觸方式確定各接觸類型，除導(dǎo)線和蓋板之間為摩擦型接觸，其他接觸全為綁定型接觸。

線載荷的施加方向與懸垂線夾底面垂直。

設(shè)定懸掛螺栓為完全約束，以此約束整個(gè)模型。

根據(jù)仿真前的一些仿真驗(yàn)證，確定螺栓預(yù)緊力對懸垂線夾應(yīng)力分沒有影響，再設(shè)定螺栓預(yù)緊力為1000N。

S5.計(jì)算獲得結(jié)果。

S6.將仿真計(jì)算的結(jié)果處理成仿真云圖，仿真云圖如圖1所示，通過仿真云圖觀察應(yīng)力分布的整體和局部狀態(tài)，利用探針標(biāo)記可以確定仿真云圖上電力線夾各個(gè)部位的應(yīng)力數(shù)值。

由圖可知，在懸垂線夾口的加強(qiáng)邊邊緣應(yīng)力集中部位受力載荷為140.22MPa左右，該受力載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料抗拉強(qiáng)度3305MPa，懸垂線夾質(zhì)量檢測點(diǎn)和在役懸垂線夾狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，都是安全的。

含缺陷線夾的斷裂仿真與無缺陷仿真過程相同，根據(jù)斷裂韌性分析和實(shí)際裂紋的近似處理等條件，可用三維軟件模擬線夾內(nèi)部缺陷來研究理論狀態(tài)下線夾的鑄造缺陷，考慮到缺陷群的相互作用、裂紋形狀的影響和應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算等因素，取其中一個(gè)內(nèi)部缺陷進(jìn)行研究分析，從而進(jìn)行缺陷線夾的仿真計(jì)算。

對比無缺陷線夾和有缺陷線夾應(yīng)力分布狀態(tài)，觀察相關(guān)變化，并記錄相關(guān)不同點(diǎn)。針對應(yīng)力集中載荷最大處進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，記錄應(yīng)力集中載荷的變化，對比兩種線夾的變化趨勢。

通過本發(fā)明的電力線夾有限元仿真分析方法，可對懸垂線夾口的加強(qiáng)邊邊緣應(yīng)力集中部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可對制造獲得的線夾成品進(jìn)行仿真檢測，尤其是對含缺陷的線夾進(jìn)行仿真檢測，大大提高了線夾應(yīng)用的安全性。