一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法与流程

本发明涉及的是输电铁塔领域，特别涉及一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法。

背景技术：

1、特高压输电铁塔组立等关键施工技术是保证线路建设安全高效的前提和基础。目前，由于特高压输电铁塔高度高、尺寸大，要求使用的抱杆吊装半径大，其本身具有较强的特殊性，同时，特高压输电铁塔组立施工经验少，技术还不够成熟，特别是针对特高压单回路大跨越塔组立，缺乏用于指导作业的标准施工工艺流程和规程规范，致使施工安全风险高、控制难度大、作业效率低。为保障特高压铁塔这类高耸结构的组立施工安全，常采用座地式抱杆分解组塔的方法，运用腰环和拉线使铁塔和抱杆相互连接，增强铁塔和抱杆整体结构的稳定性。在制定铁塔施工组立方案时，为了对抱杆腰环和拉线的布置方案、型号进行科学准确的选配，设计安全可靠的铁塔构件的吊装和就位方案，必须对不同铁塔组立阶段和施工工况下的铁塔-抱杆耦合结构的力学特性进行准确计算和分析，获得其在风荷载、自重荷载作用下的力学响应规律，校验其强度和稳定性，实现对铁塔-抱杆耦合结构整体稳定性的准确把握，为施工作业提供指导和参考，确保铁塔施工组立安全进行。

2、由于铁塔-抱杆耦合结构的载荷情况复杂，计算工况众多，对铁塔-抱杆耦合结构的力学性能分析目前尚无成熟的方法，已有的方法大多根据经验公式进行计算，其计算效率和准确率低，无法得到输电铁塔-抱杆整体结构的力学特性分布规律。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法。

2、为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：

3、一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法，包括：

4、s100.按预设规则构建铁塔-抱杆耦合结构的有限元模型；

5、s200.按照规范规定计算铁塔-抱杆耦合结构模型各杆件所受载荷，并将其转化为等效外力的形式；

6、s300.对铁塔-抱杆耦合模型结构底端节点设置边界条件；

7、s400.选取铁塔-抱杆耦合结构迎风面的所有节点，将求得的等效外力对应加载至各节点；

8、s500.计算并导出铁塔-抱杆耦合结构的力学性能数据。

9、进一步地，s100中，按预设规则构建铁塔-抱杆耦合结构的有限元模型，具体方法包括：

10、s101.根据铁塔-抱杆结构的实际设计图纸获得各杆件结构的空间几何参数，建立出铁塔-抱杆耦合结构的点线模型；

11、s102.对铁塔-抱杆耦合结构各杆件的模拟，将铁塔-抱杆耦合结构的各型杆件截面参数进行定义，并进行材料属性的赋予；

12、s103.对铁塔-抱杆耦合结构模型进行多区域粗细粒度有限元网格划分，根据铁塔、抱杆自身结构的不同进行分区，对塔腿、塔身、塔头，抱杆塔身、吊臂、回转平台、桅杆结构进行自适应性的网格划分，生成更为精准的分析结构强度及稳定性的有限元模型；对铁塔-抱杆耦合结构各分区的精细化网格划分控制，使用共用节点命令实现铁塔-抱杆模型的耦合；

13、s104.通过apdl命令流建立的铁塔-抱杆耦合结构有限元模型。

14、进一步地，s200中，按照规范规定计算铁塔-抱杆耦合结构模型各杆件所受载荷，并将其转化为等效外力的形式，具体方法包括：

15、根据规范计算出铁塔、抱杆高耸结构的分段等效静力风载荷值；铁塔、抱杆结构的风载荷值计算公式如下：

16、ws＝μzμsβzbafw0

17、式中ws—风与结构表面垂直的风荷载标准值，kn；

18、μz—风压高度变化系数；

19、μs—构件体形系数；

20、βz—杆塔风荷载调整系数；

21、b—覆冰时风荷载增大系数，其中，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2；

22、af—构件承受风压的投影面积，m2；

23、w0—基准风压标准值，kn/m2。

24、进一步地，s300中，对铁塔-抱杆耦合模型结构底端节点设置边界条件，具体方法包括：基于apdl语言，使用nsel命令选取所有铁塔-抱杆耦合结构底端节点，使用d命令对所选节点设置固定约束；其中固定约束包括铁塔底部四个脚的位移为0，转动角度为0。

25、进一步地，s400中，选取铁塔-抱杆耦合结构迎风面的所有节点，将求得的等效外力对应加载至各节点，具体方法包括：基于apdl语言，使用nsel命令、*do命令和f命令实现对铁塔-抱杆耦合结构迎风面的所有节点的等效外力的批量施加。

26、进一步地，s500中，计算铁塔-抱杆耦合结构的力学性能数据的方法包括：基于apdl语言，使用/solu命令进入求解模式；使用acel命令实现模型所受重力载荷的施加，使用solve命令开始求解，求解出力学特性数据至少包括应力分布数据和位移分布数据。

27、进一步地，s500中，导出铁塔-抱杆耦合结构的力学性能数据的具体方法包括：基于apdl语言，使用plnsol命令，以云图形式显示出节点位移数据；使用eshape命令显示实体单元，使用plesol命令，以云图形式显示出单元应力数据。

28、本发明还公开了一种电子设备，包括：

29、存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

30、处理器，配置为执行所述指令以实现一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法。

31、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

32、本发明公开了一种输电铁塔-抱杆耦合模型构建及力学特性分析的方法，包括：s100.按预设规则构建铁塔-抱杆耦合结构的有限元模型；s200.按照规范规定计算铁塔-抱杆耦合结构模型各杆件所受载荷，并将其转化为等效外力的形式；s300.对铁塔-抱杆耦合模型结构底端节点设置边界条件；s400.选取铁塔-抱杆耦合结构迎风面的所有节点，将求得的等效外力对应加载至各节点；s500.计算并导出铁塔-抱杆耦合结构的力学性能数据。

33、本发明采用apdl语言对铁塔-抱杆耦合结构有限元模型进行分析，极大的减少了分析铁塔-抱杆耦合结构强度及稳定性的步骤，提高了计算效率，非常适合用于此类包含多种工况的力学计算。本发明根据铁塔、抱杆的结构特点对整个结构进行分区，在ansys软件中对铁塔-抱杆耦合结构模型进行多区域的粗细粒度网格划分，能够生成更为精确的铁塔-抱杆耦合结构有限元模型。本发明通过apdl语言，实现了对多种铁塔-抱杆耦合结构受力工况的计算，校核了铁塔-抱杆耦合结构的强度及稳定性，并能以云图、表格等形式导出众多铁塔-抱杆耦合结构的位移、应力数据。本发明提出一套完整的apdl计算程序，可根据不同铁塔-抱杆耦合模型进行自适应性改变，并可通过增添命令，实现其他载荷、工况的模拟，具有较好的通用分析能力。

34、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。