(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210578886.2 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 海南电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 570100 海南省海口市龙华区海 瑞后 路23号 (72)发明人 高凯　陈钦柱　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 颜希文 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 113/16(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种不同风压等级下的动力学响应有限元 分析法 (57)摘要 本发明提供一种不同风压等级下的动力学 响应有限元分析法， 所述方法包括以下步骤： 根 据台风数据， 基于高斯风场时间历程， 得到基于 JT变换的非高斯脉动风场时间历程； 对不同风压 等级下的塔线体系进行动力学分析； 通过概念建 模得到铁塔与架空导线的线体模 型， 添加瞬态分 析模块； 对铁塔及导线进行固定约束； 施加非高 斯风载荷， 得到非高斯风场下导线的摆动情况； 施加自重载荷、 不同风压等级的风载荷， 得到被 研究模型在不同风压等级下的动力学响应规律。 本发明在建立塔线体系的线体模型的同时能够 得到塔线体系中不同位置处的变形情况， 且模拟 过程相对简单且易于实现。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115146495 A 2022.10.04 CN 115146495 A 1.一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在于， 所述方法包括以下 步骤： 步骤1： 进行高斯 风场时间历程模拟与非高斯 风场时间历程 转换； 步骤2： 建立不同风压等级的风载荷， 并根据所述非高斯风场 时间历程确定导线、 杆塔 的风载荷； 步骤3： 根据铁塔以及架空导线的物理结构， 建立塔线体系的线体模型； 步骤4： 根据铁塔以及架空导线的尺寸定义所述线体模型的材 料参数； 步骤5： 对所述线体模型选择瞬态分析模块； 步骤6： 对所述线体模型定义约束， 并划分网格， 施加步骤2所述载荷； 步骤7： 对所述瞬态分析模块中的求 解器进行设置； 步骤8： 处理所述瞬态分析模块的结果得到导线变形、 速度、 加速度曲线与不同风压等 级下导线变形图。 2.根据权利要求1所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤1中， 进行高斯 风场时间历程模拟与非高斯 风场时间历程 转换具体为： 通过线性滤波法构建AR模型， 得到高斯风场， 当输入为高斯白噪声时， 输出高斯风场， 其中AR模型表示 为： 对于任意的平稳高斯随机序列， AR模型的输出也表示 为： 式中， y(n)是输出过程， ω(n)是零均值白噪声输入， q是AR分量的阶数， ak是模型的参 数； 建立潜在高斯随机过程与非高斯随机过程的JT模型， 将所述AR模型得到的高斯风场转 换为非高斯风场， 得到非高斯风场的时间历程， 所述JT模型包括三个单调的非线性转换系 统： 有界系统 无界系统 对数正态系统 z＝γ+δ l n(y‑ζ ) 式中： z是均值为0， 方差为1的标准 高斯随机过程， y是非高斯随机过程， γ, δ, ζ和 λ是转 换参数。 3.根据权利要求2所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤2中， 建立不同风压等级的风载荷， 并根据所述 非高斯风场时间历程确定导线、 杆 塔的风载荷具体为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115146495 A 2根据所述的非高斯风场 时间历程， 得到非高斯风载荷， 将不同的风压转换为不同的风 载荷， 杆塔风荷载计算公式如下： WS＝W0·μz·μs·βz·B·AS 其中WS为杆塔风荷载 标准值； W0为基准风压标准 值， 单位为kN/m2； μz为风压高度变化系数； μs体型系数； βz为铁塔风荷载调整系数； AS为构件承受风压投影面积计算 值。 导线及地线的水平风荷载 标准值和基准 风压标准 值公式如下： WX＝α·W0·μz·μsc·βc·d·Lp·sin2θ 其中d为导线或地线的外径或覆冰时的计算外径； Lp为杆塔的水平档距； θ 为风向与导线 或地线方向之间的夹角。 4.根据权利要求1所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤3中， 根据铁塔以及架空导线的物理结构， 建立塔线体系的线体模型 具体为： 根据铁塔和架空导线的物理参数， 通过概念建模建立所述的塔线线体模型， 其中架空 导线截面 为圆形， 铁塔选用L形角钢， 截面 参数为10 0*100*10mm； 在所述线体模型中， beam梁单元用来模拟铁塔的主要结构， cable280单元模拟架空导 线。 5.根据权利要求4所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤4中， 根据铁塔以及架空导线的尺寸定义所述线体模型的材 料参数具体为： 铁塔由角钢构成， 包括Q235和Q345， 材料选用workbench中的结构钢， 定义材料的热物 理参数与弹性模量。 6.根据权利要求5所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤5中， 所属瞬态模拟模块的一般运动方程具体为： 其中[M]是结构质量矩阵， [C]是结构阻尼矩阵， [K]是刚度系数矩阵， {Fa}是外加载荷向 量， 是节点加速度向量， 是节点速度向量， {u}是节点 位移向量， 其中α、 δ是Newmark时间积分常数， Δt是时间间隔， 满足Δt＝tn+1‑tn， {un}是时间tn处 节点位移向量， 是时间tn处节点速度向量， 是时间tn处节点加速度向量 通过计算得到迭代方程式： 在线性静力结构分析中所有与时间相关的选项被忽略， 从而得到： [K]{x}＝{F} 其中[K]是刚度系数矩阵， {x}是位移矢量， F(t)是力矢量。 7.根据权利要求6所述的一种不同风压等级下的动力学响应有限元分析法， 其特征在 于， 在步骤6中， 对所述线体模型定义约束， 并划分网格， 施加步骤2所述载荷具体为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115146495 A 3