技術領域

本發(fā)明涉及一種基于GID和ABAQUS的輸電桿塔有限元建模方法，屬于輸電線路舞動條件下桿塔安全診斷領域。

背景技術：

架空輸電線路是電網(wǎng)的主要組成部分，具有點多、面廣、線路長的特點，自然環(huán)境和地形條件復雜多變嚴重威脅電力系統(tǒng)安全運行。隨著全球極端氣候頻發(fā)，惡劣氣候?qū)е码娋W(wǎng)災害日益增多，冰災給世界各國電網(wǎng)造成了巨大的損失。輸電線覆冰是電網(wǎng)破壞的一個重要因素，導線覆冰后不但容易誘發(fā)舞動，而且其脫冰產(chǎn)生的導線跳躍也容易導致斷線、倒塔等事故。因此掌握輸電桿塔受惡劣天氣影響下的結(jié)構受力情況就顯得十分重要。

輸電桿塔結(jié)構受力主要通過有限元軟件建模分析，有限元建模是一件非常復雜且費時的工作，使用GID軟件和ABAQUS軟件聯(lián)合建?？梢怨?jié)省大量時間，因此提出一種建模快速且準確的方法十分有必要。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于GID和ABAQUS的輸電桿塔有限元建模方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

基于GID和ABAQUS的輸電桿塔有限元建模方法，輸電桿塔主要是由角鋼構成，角鋼間通過螺栓和連接板進行連接，包括以下步驟，

將角鋼作為桿件來處理，將角鋼之間的連接處作為剛節(jié)點處理；

利用有限元前后處理軟件GID建立輸電桿塔的三維模型：根據(jù)輸電桿塔的實際尺寸，在GID中建立各個獨立單元的三維模型，將所有單元拼裝成完整的輸電桿塔三維模型；

利用有限元軟件ABAQUS對輸電桿塔三維模型進行完善：首先將輸電桿塔三維模型導入ABAQUS；然后設置角鋼的材料屬性，設置角鋼的截面尺寸，設置角鋼的方向，將材料屬性和截面尺寸賦予各個桿件，計算出角鋼設置方向的截面向量，并將截面向量賦予桿件；最后將輸電桿塔底部固定，將輸電桿塔所有的受力等效的加載在輸電桿塔上，再進行網(wǎng)格劃分以及結(jié)構分析；

根據(jù)網(wǎng)格信息、材料屬性、各單元受力信息以及軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，計算出輸電桿塔各桿件在軸力作用下的安全系數(shù)。

在建立輸電桿塔各個單元的三維模型時，要檢查桿件以及剛節(jié)點的個數(shù)。

角鋼的材料屬性包括角鋼的密度、彈性模量和泊松比。

本發(fā)明所達到的有益效果：1、本發(fā)明利用GID和ABAQUS相結(jié)合建模，這解決了ABAQUS在輸電桿塔建模前處理時的復雜以及難度大的問題，使得建模工作量大大降低，同時加強了模型的準確性和可靠性；2、本發(fā)明還考慮了桿件受壓失穩(wěn)問題，這更加符合實際情況，在結(jié)構受力分析時更加準確合理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

圖2為輸電桿塔有限元模型示意圖。

圖3為輸電桿塔有限元模型局部示意圖。

圖4為求解桿件在軸力作用下安全系數(shù)的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

現(xiàn)在常見的輸電桿塔主要是由角鋼構成，角鋼間通過螺栓和連接板進行連接。如圖1所示，基于GID和ABAQUS的輸電桿塔有限元建模方法，具體包括以下步驟：

S1、由于角鋼均為細長桿，故可將角鋼作為桿件來處理，而角鋼之間的連接處有螺栓固定，可傳遞彎矩，故將連接處作為剛節(jié)點處理。

S2、利用有限元前后處理軟件GID建立輸電桿塔的三維模型。

根據(jù)輸電桿塔的實際尺寸，在GID中建立各個獨立單元的三維模型，為了保證各單元三維模型的準確性，在建立輸電桿塔各個單元的三維模型時，要檢查桿件以及剛節(jié)點的個數(shù)，最后將所有單元拼裝成完整的輸電桿塔三維模型，具體的三維模型如圖2和3所示。

S3、利用有限元軟件ABAQUS對輸電桿塔三維模型進行完善。

首先將輸電桿塔三維模型導入ABAQUS；

然后設置角鋼的材料屬性，材料屬性包括角鋼的密度、彈性模量和泊松比，設置角鋼的截面尺寸，設置角鋼的方向，將材料屬性和截面尺寸賦予各個桿件，計算出角鋼設置方向的截面向量，并將截面向量賦予桿件；

最后將輸電桿塔底部固定，將輸電桿塔所有的受力等效的加載在輸電桿塔上，再進行網(wǎng)格劃分以及結(jié)構分析。輸電桿塔所有的受力包括絕緣子、導線、金具對輸電桿塔的作用力（如風荷載、靜張力、動張力、重力等）以及輸電桿塔本身荷載（如重力、風荷載等）；絕緣子、導線、金具對輸電桿塔的作用力等效為力加載在導線與輸電桿塔的連接處，桿塔本身重力施加于各個單元，風荷載按水平方向風對輸電桿塔的風壓效果，簡化至迎風面的剛節(jié)點上。

S4、如圖4所示，根據(jù)網(wǎng)格信息、材料屬性、各單元受力信息以及軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，計算出輸電桿塔各桿件在軸力作用下的安全系數(shù)。

上述方法利用GID和ABAQUS相結(jié)合建模，這解決了ABAQUS在輸電桿塔建模前處理時的復雜以及難度大的問題，使得建模工作量大大降低，同時加強了模型的準確性和可靠性，同時還考慮了桿件受壓失穩(wěn)問題，這更加符合實際情況，在結(jié)構受力分析時更加準確合理，可廣泛應用于輸電桿塔的有限元建模中，特別適用于輸電線路舞動條件下桿塔安全診斷問題。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。