基于分段连续ANCF缆索单元的输电线缆动力学建模与仿真

【作者】 於祖庆； 兰朋； 陆念力；

【机构】 哈尔滨工业大学机电工程学院；

【摘要】 在高压输电线缆的架设过程中常常需要跨越公路、铁路、桥梁涵洞等障碍。为了防止在架设时发生断线、跑线等事故,危及交通安全,需要在公路或铁路上架设格构式跨越架和硬质抱杆。对输电线缆在被张力机张紧之后突然发生跑线或断线的情况下动力学行为的准确模拟,是设计跨越架和硬质抱杆的前提条件。本文采用分段连续ANCF缆索单元对电缆线进行动力学建模与仿真。根据现有的研究成果,一个ANCF缆索单元与一条三次Bézier曲线,一个ANCF缆索单元网格与一条B样条曲线之间具有线性的转化关系,且ANCF单元间连续性的控制手段与B样条通过节点重复度的概念控制内部连续性的方法是等价的。在此基础上,本文给出了分段连续ANCF缆索单元的概念以及单元的运动学描述。该单元可以实现与一条具有任意个数控制点和连续性的三次B样条曲线一对一转化。给出了单元弹性力和切线刚度阵的表达式。对单元进行了静力学求解并验证了单元弹性力表达式的准确性。将静力学求解的结果作为动力学仿真的单元节点坐标初始值,从而模拟输电线缆在张力机作用下发生断线时的动力学行为。更多还原