输电线路非线性耦合振动的动力学模型与分析

考虑输电导线几何非线性效应,将直线塔绝缘子串简化为一个转动的刚体,推导了两档导线平面内相互耦合的非线性振动方程。研究了不同工况下两档导线的耦合振动特性和能量传递机理,当两档导线的固有频率满足特定的关系时,系统会引起共振。分析了阻尼的位置和大小对导线衰减振动的影响,在导线上施加阻尼的减振控制效果远优于在绝缘子串处施加阻尼的效果。该研究结果可为输电导线系统的减振设计提供理论依据和参考。     

张力对大跨越输电导线Bate阻尼线防振影响研究

为了掌握张力对输电导线Bate阻尼线体系的微风消振效果影响,采用能量平衡法分析了输电导线Bate阻尼线体系的微风振动特性。结合IEEE输电导线振动测试指南,设计制作了输电导线Bate阻尼线体系消振特性试验模型,分析了安装Bate阻尼线前后的输电导线微风振动特性,研究了张力变化对大跨越输电导线防振效果的影响规律。结果表明：①Bate阻尼线可有效地降低导线的微风振动幅值,但单花边Bate阻尼线的消振效果有限,大跨越输电线路需要多花边Bate阻尼线组合防振;②张力可改变输电导线的防振特性,对其微风防振效果影响较大;③导线张力由18%RTS增大到25%RTS时,对于未安装Bate阻尼线的裸导线位移呈现先增大后减小的趋势,但对于输电导线Bate阻尼线体系,张力由18%RTS增大到22%RTS时,在不同激励频段,其振动位移变化趋势并不一致,张力增大到25%RTS时,和未安装Bate阻尼线的裸导线一样,振动位移呈现减小趋势。     

输电导线风致舞动的数值模拟研究

风致舞动是一种大幅值驰振现象,在输电导线覆冰时经常发生,是输电导线最为严重的灾害之一。为了揭示输电导线风致舞动的致灾机理,本文采用基于双向耦合的CFD数值模拟方法对新月形覆冰导线舞动过程进行模拟分析,研究了不同风速下覆冰导线气动负阻尼的变化规律。研究结果发现,覆冰导线在横向不会产生气动负阻尼,而在竖向和扭转方向的部分风攻角下会产生气动负阻尼。当结构气动负阻尼大于结构固有阻尼时,覆冰导线形成发散的自激振动。进一步研究表明,当覆冰导线同时发生竖向和扭转方向气动发散时,扭转振动发散会改变覆冰导线的风攻角,从而改变竖向和扭转方向的气动阻尼。随着扭转方向的气动负阻尼和固有阻尼相抵消,覆冰导线的扭转振动渐渐趋于稳定。     

次档距振荡监测系统在750kV输电线路上的应用

针对超高压、特高压输电线路多分裂导线上发生的次档距振荡现象,在 750 kV 输电线路上应用次档距振荡在线监测系统,实时监测次档距振荡并分析其振动规律,提出了导线间隔棒优化布置方案并加以实施。应用结果表明:次档距振荡监测系统及间隔棒优化布置方案解决了导线次档距振荡问题,有效提高了 750 kV 输电线路的安全运行水平。     

基于非线性能量阱的悬吊摆对输电塔-振动控制的研究

针对输电塔结构在地震作用下动力响应过大的问题,提出一种基于非线性能量阱的悬吊摆以降低输电塔的动力响应。首先利用拉格朗日方程推导了这种悬吊摆的运动方程,再以一单自由度结构为例,建立了摆式非线性能量阱—结构的动力方程,计算了摆式非线性能量阱在正弦激励下的减振效果,并对正弦激励周期、悬吊摆周期、立方刚度、质量比等参数对减振效果的影响进行了分析。最后选取一柔性输电塔为例,研究了不同地震作用下摆式非线性能量阱的减振效果,并与传统的悬吊质量摆和线性弹簧摆进行对比。结果表明,在地震作用下,摆式非线性能量阱对输电塔动力响应的峰值和均值都有较好的减振效果。     

国产粘性阻尼器的实索减振试验研究

在拉索上附加耗能减振阻尼器是斜拉索振动控制的主要手段之一,而拉索在附加非线性粘性阻尼器后的阻尼特性尚未见试验研究报道。本文对一种国产非线性粘性阻尼器进行了实索减振试验。在工厂内张拉一根长215.58 m的拉索,利用人工激振拉索至一定振幅后测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了空索及拉索—阻尼器系统前三阶模态的对数衰减率值;同时也测量了阻尼器工作时的阻尼力。试验结果表明,空索的内阻尼值很小,可忽略不计;而拉索—阻尼器系统的对数衰减率值则与振幅相关。试验测得拉索—阻尼器系统的前三阶模态的对数衰减率均值达到了0.04,可以有效地抑制拉索的振动。将实测对数衰减率平均值与理论计算对数衰减率最大值比较,得到拉索减振设计时可采用的阻尼器效率系数。     

防振锤对大跨越输电线微风振动影响的试验研究

防振锤安装方式是架空大跨越输电线路防振设计的重要问题。设计制作了防振锤-大跨越输电线体系的微风振动试验模型,研究了不同张力作用下防振锤-输电线体系的振动响应,分析了FR4型防振锤锤头朝向、FR4型和FDN型防振锤混合安装方式对大跨越导线的振动影响。试验结果表明:(1)相同激励下,安装防振锤的导线振动幅值要小于未安装防振锤的裸导线,但随着导线张力的增大,防振锤的防振频段收窄,防振效果降低;(2)FR4型防振锤对15~25Hz激励频段的防振效果较好,其大小锤头朝向对导线振动影响较大,锤头朝向不同,防振锤的防振效果不尽相同;(3)采用混合式安装防振锤的防振效果优于同型号的安装方式。     

330kV输电线路防鸟害绝缘护套仿真分析及应用

为研究330 kV输电线路安装绝缘护套的防鸟害效果,采用Ansoft对330 kV线路复合绝缘子的轴向电位和电场分布进行仿真分析。结果表明:对330 kV输电线路而言,当绝缘护套厚度为1 cm、导线夹有效长度为50 cm时,防鸟害效果最佳;将导线、金具和均压环都包覆在内时,绝缘子高压端电场分布最优。最后结合仿真分析结果,对输电线路防鸟害绝缘护套的现场应用提出了建议。     

导线覆冰大跨越输电塔-线体系动力特性分析

大跨越输电塔-线体系对导线覆冰等环境荷载反应敏感,容易发生动态倒塌破坏。目前对线路覆冰下输电塔的振动问题虽然取得了一定的研究成果,但是线路覆冰下输电塔的动力特性规律尚需进一步研究。本文以实际工程为例,建立了大跨越输电塔-线体系数值分析模型,分析了导线划分精度对输电塔-线体系动力特性的影响,并在此基础上分析了导线覆冰对输电塔-线体系动力特性的影响。研究结果表明:导线划分精度对输电塔振动影响较大;导线覆冰不仅影响输电塔振动频率,而且对输电塔振型也有较大影响,尤其是对输电塔横担的振动影响更大。     

被动式自适应悬吊质量摆对大跨空间结构振动控制的研究∗

针对悬吊质量摆在地震作用下动力响应过大而导致的大摆角频率失调问题,提出一种基于弧形支座的被动式自适应悬吊质量摆,以保证其在振动过程中周期保持恒定并应用于大跨空间结构的振动控制。首先推导出在大摆角振动中能使悬吊摆的周期保持恒定的弧形支座的数学方程,接着利用拉格朗日方程原理建立了自适应悬摆— 大跨空间结构耦合体系的运动方程。针对悬吊质量摆仅能控制结构水平振动的缺点进行改进,使其可以同时控制大跨空间结构水平和竖向的动力响应。以一单层网壳结构为例,研究了其在不同的水平和竖向地震作用下的减振效果,并与传统的悬吊摆进行对比。结果表明,改进后的自适应摆对大跨结构水平和竖向地震响应的峰值和均值都有较好的减振效果,减振率最高可达 65%,尤其是大摆角时减振效果明显优于传统的悬吊质量摆。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷载作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明:当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

大跨人行过街天桥利用MTMD减振控制的理论分析

大跨人行天桥的自振频率通常比较低,与人行走时的频率接近,因此行人通过天桥时容易产生竖向共振,影响天桥的正常使用。本文研究多重调谐质量阻尼(MTMD)系统对大跨人行过街天桥竖向振动的控制作用,首先建立起天桥-MTMD系统的分析模型,推导出系统的传递函数及动力放大系数的数学表达式,继而分析了TMD的数量、阻尼比和频带宽等参数对结构的动力放大系数的影响,为实际工程结构设计MTMD减振系统时提供参考。以沈阳某大跨人行天桥为例,进行MTMD优化设置后,能有效减小天桥的受迫振动和自由振动,从而将振动控制在人体的舒适度范围之内。     

基于简化模型的MR阻尼器动力特性

按照结构减振效果位移RMS等价的原则提出的简化模型,分析了MR阻尼器的动力性能。MR阻尼器的等效粘性阻尼系数随施加电压的升高、频率的降低、振幅的减小而提高。施加电压在0～5V时,等效粘性阻尼系数变化幅度较大;达到10V后逐渐趋向饱和。低频、小振幅区域在施加的电压不为零时等效粘性阻尼系数比较稳定,而施加的电压为零时等效粘性阻尼系数随着频率和振幅的升高迅速下降。MR阻尼器可调性主要集中在高频、大振幅区域。MR阻尼器的等效刚度系数约为等效阻尼系数的0.1倍。等效刚度系数随施加电压的降低、频率的增大、振幅的增大而提高。施加电压在0～5V时等效刚度系数变化幅度较大,达到10V后逐渐趋向稳定。     

基于先导发展法的绝缘子串伏秒特性研究

目前绝缘子串伏秒特性主要通过冲击放电试验获取，成本较高，且现有研究伏秒特性的模拟计算方法只考虑了标准雷电波的情况。针对上述问题，结合空气间隙的放电研究，基于先导发展法建立了考虑绝缘施加电压波形的伏秒特性计算方法，利用该方法计算了25片XP-160绝缘子在标准雷电波下的伏秒特性，并与实测及IEEE推荐雷电波下绝缘子的伏秒特性进行比较。结果表明本文提出的计算方法可以更加准确地模拟绝缘子的实际放电行为，可以作为模拟绝缘子串伏秒特性的1种新的计算方法。     

一种新型的MR隔震减振支座及其剪切性能试验研究

基于磁流变(MR)智能材料的减振器技术的研究可以为实现工程结构隔震减振自适应控制开辟一条新的途径。设计加工了一种新型的分体式MR隔震减振支座,并对该隔震减振支座的剪切性能进行了试验研究。新型MR隔震减振支座包含MR塑性体工作单元和MR弹性体工作单元,其中MR塑性体提供小位移工况时的刚度和阻尼,MR弹性体提供大位移工况时的刚度和阻尼。结果表明:新型MR隔震减振支座的剪切刚度随着工作电流强度的增大而增大,相较无电流工况,电流强度为2A时等效剪切刚度相对变化率可达到50%以上;无电流输入时支座中基体及普通填充橡胶仍可提供一定阻尼力,能够有效吸收振动能量,达到中高阻尼橡胶支座的性能;竖向压应力提高了新型MR隔震减振支座的剪切刚度;小位移时加载频率的降低对新型MR隔震减振支座的剪切刚度有增益效果。该新型MR隔震减振支座可以适用于震动荷载工况复杂多变,需要严格控制大位移变形的隔震结构物。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究.首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后,对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果...     

复合绝缘子与瓷质绝缘子自然积污特性研究

了研究复合绝缘子与瓷质绝缘子积污特性的区别,选取宁夏典型地区的输电杆塔,对积污期为1年的2种绝缘子的等值附盐密度及等值附灰密度进行了测量和对比分析。研究结果表明:复合绝缘子的积污量明显高于瓷质绝缘子,在污秽中含有金属粉尘的环境中,变电站及输电线路在积污严重情况下极有可能发生污闪,对于此类地区,选用复合绝缘子时应慎重考虑。     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

基于人体动力学模型钢楼梯振动舒适度及其控制研究

基于人体动力学模型研究钢楼梯人致振动舒适度问题,并利用TMD对其振动进行控制。采用移动质量-弹簧-阻尼的单自由度体系模拟人体动力学模型,将模型施加在钢楼梯有限元模型上,运用完全时程方法得到钢楼梯在人-结构动力相互作用下的动力响应,并对比分析不考虑人-结构动力相互作用时的动力响应,以峰值加速度为指标评估该楼梯的振动舒适度;对振动过大的钢楼梯,采用3种不同优化模型的TMD进行振动控制。结果表明:行人步频的倍频与结构自振频率相近时,考虑人-结构动力相互作用时结构加速度峰值多则会减小20%以上;3种不同优化模型的TMD都能够有效减小楼梯的振动响应,建议优先选用Warburton参数优化模型。