摘要
随着高压输电线路的大规模建设，输电导线的微风振动成为国内外普遍关心的问题。该类振动虽振幅较低，但由于振动持续时间较长且处于高频的状态，容易导致输电导线的疲劳损伤，从而影响输电线路结构的可靠性。因此，为了降低输电导线损伤所带来的危害，研究在大气边界层风环境下输电导线微风振动响应及其机理具有重要意义。 采用基于傅里叶合成法的CDRFG方法模拟大气边界层的湍流入口，通过空风场模型验证目标位置与目标输入湍流特性的一致性，并采用等比例增强入口湍流度的方法以解决湍流度存在衰减的问题。数值模拟了Re=3900时的固定导线绕流场，并将模拟结果与前人实验结果对比，验证了本文三维节段导线模型及相关计算设置的合理性。 数值模拟在大气边界层风场下输电导线的固定绕流及微风振动现象。通过模拟Re=4080的亚临界雷诺数下固定导线绕流，分析了不同来流湍流度下的导线壁面气动力参数及其周边流场特性。进一步建立节段导线的横风向气弹数值模型，基于Newmark-β法求解在各来流条件下导线的动力响应，重点研究各来流湍流度下导线位移幅值和频率锁定范围随来流风速的变化规律。 对输电导线微风振动的机理进行了研究。利用CFD数值模拟所得导线微风振动的速度与升力时程求解导线的风能输入功率，通过导线风能输入功率与振幅比的关系解析了微风振动的自限幅机理。以CFD数值模拟导线微风振动的位移时程作为输入，结合经验模态分解法（EMD）、随机减量法（RDT）及Morlet连续小波识别出输电导线的气动阻尼比，分析了来流风速、来流湍流度和微风振动位移因素对气动阻尼比的影响。 基于CFD数值模拟导线微风振动动力响应计算得到动弯应变值，判断在本文来流条件下的动弯应变值是否满足铝绞线安全标准，并将数值模拟与能量平衡法求解的微风振动响应进行对比。接着依据深圳市常年气候统计信息，得到风速和风向联合概率分布计算出导线最不利架设方向，通过动弯应变值结合Miner累积损伤原理及Wohler曲线，计算导线微风振动损伤率从而得到疲劳寿命。进一步研究各因素对疲劳寿命影响，包括架设走向、来流湍流度、是否考虑股间静应力，最后衡量导线微风振动是否满足安全设计标准。
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