多體動力學在懸吊式閥塔抗地震分析的應用范文

本站小編為你精心準備了多體動力學在懸吊式閥塔抗地震分析的應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《民主與科學》2017年第6期

［提要］考慮到懸吊式閥塔在地震作用下會產生大幅擺動，而傳統的有限元分析方法，無法滿足大幅擺動的模擬計算準確度要求。基于懸吊結構的實際情況，本文將懸吊式閥塔在地震作用下的擺動理解為一種運動狀態，并通過運動學+動力學的方法對其進行抗震分析研究，驗證了該方法在懸吊式閥塔抗震分析中的有效性。

［關鍵詞］懸吊式閥塔;多體動力學;抗地震分析;擺幅

特高壓直流輸電(HVDC)在交流系統聯網、西電東輸等方面都起著至關重要的作用，國內已建成±800kV向家壩－上海、錦屏－蘇南等多條直流輸電線路。換流閥是高壓直流工程一次系統中的核心設備，其體積龐大，結構形式復雜，換流閥的設計性能直接影響整個直流系統的長期安全可靠運行。隨著電力系統建設的不斷發展，對高壓輸電工程的抗地震要求越來越高，而采用懸吊式的柔性結構，能有效降低閥塔內部結構件在地震作用下的應力。但由于該類結構的連接及懸掛方式，使得該結構在地震波的激勵下，可能會產生大幅度的擺動，這與屬于載荷激勵下變形位移的傳統地面固定結構有著明顯的區別，懸吊式結構屬于載荷激勵下的運動擺幅，二者的模擬方法存在差異［1］。出于載荷分解及運動擺幅的計算分析目的，國內外的學者均做過相關的研究。美國的B．J．Goodno建立了懸吊閥塔的三維計算模型，通過有限元計算方法對其性能進行了分析［2］;從控制的角度對懸吊裝置在地震作用下的性能進行了分析［3］;國內學者王前信、盧書輝等對懸吊閥塔的振動特性和地震反應進行了系統的研究［4］;王玉明等對懸吊閥塔的多層框架結果的抗震性能進行了研究，分析其結構的自振特性［5］。本文在傳統的兩種抗震分析方法:譜分析法［6］及時程分析法［7］中選擇時程分析法對柔性閥塔進行抗地震模型搭建，主要原因是該方法可以準確地對塔架中的非線性效應(剛度隨時間變化、行程限定的構件等)進行準確的模型搭建。對于時程分析方法，其評定的準則采用電力設備規范［8］進行分析。

1多體動力學理論簡介

對于抗震分析，多采用時程分析方法，而對于時程分析方法，采用傳統的有限元時域分析［9］，以及基于運動學的剛柔耦合分析方法［10］都可以準確的進行抗地震分析的模擬。

2懸吊式閥塔多體動力學建模

2.1模型構建

為了更加準確地捕捉閥塔與閥廳之間的連接關系及閥廳的鋼結構對閥塔的影響，在多體動力學建模的過程中，將閥廳的模型采用BEAM單元進行模擬，其中橫截面采用鋼結構的實際截面來進行考慮;閥廳的模型采用BEAM模型模擬;閥塔關心的位置:柔性絕緣子(采用實體建模)，限位裝置采用(與位移相關的彈簧單元模擬)，滑動套管(采用與位移相關的彈簧單元模擬)。

2.2載荷加載

基于上述多體動力學模型，以及當地的地震譜特性，本次的載荷采用國網標準波進行加載，加載采用X，Y，Z三向激振方式進行［7］，分析方法采用時程分析法進行計算。

2.3仿真分析

結果對于懸吊式閥塔，其最關心的結果為塔架的擺幅、絕緣子的應力及懸掛吊耳的承載;因此基于多體動力學分析方法，可以實現有效地將地震激勵載荷分解到吊耳上，從而便于吊耳、絕緣子的設計部門進行強度校核，并同時可以有效地輸出閥塔的擺動位移，以有效的在前期設計過程中對其進行限位設計。

3結論

本文通過采用剛柔耦合的多體動力學方法，對柔性閥塔及閥廳進行了多體動力學建模，并采用時程分析方法得到了其在地震波激勵情況下，閥塔的擺幅及各個關鍵部件的應力，驗證了剛柔耦合多體動力學分析方法在抗地震分析方面的有效性。并通過該分析方法，達到了以下目的:1)將地震載荷分解到了各個子部件;2)整個系統的擺幅得到了有效的求解;3)各個部件的強度分析可以基于分解的載荷進行，減小了建模的復雜性。同時，也驗證了該方法相對于傳統有限元動力學求解方法的優勢，為未來的懸吊式電力設備的抗地震分析提供了更加有效的解決方案。

作者：劉國偉；于海波；張曉波 單位：南京南瑞繼保電氣有限公司