(19)中华 人民共和国 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 202111524900.2 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 国网江苏省电力有限公司经济技 术 研究院 地址 210008 江苏省南京市 鼓楼区中山路 251号 (72)发明人 徐伟周　胡亚山　安增军　王球　 李妍　崔厚坤　叶超　张楠　戴亚　 王波　 (74)专利代理 机构 南京汇盛专利商标事务所 (普通合伙) 32238 代理人 乔炜　吴静安 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 30/13(2020.01) G06Q 50/30(2012.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载 优化布置方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于极值响应面的共享 杆塔新增基站挂载优化布置方法， 该该方法首 先， 建立新建及在役杆塔 “土‑桩‑塔‑线”四维联 动精细化有限元模型； 然后根据确定的坐标系X、 Y、 Z， 确定挂载工况和荷载工 况组合， 提取在不同 挂载工况下共享杆塔四维联动有 限元模型所有 杆件荷载效应的最大绝对值， 对最大绝对值进行 归一化取模得到极值响应代表值； 其次， 根据每 个极值响应代表值对应的三维坐标位置， 建立极 值相应代表值与三维坐标位置之间的二次曲面 方程； 将2次曲面方程降维为多元一次线性回归 方程， 并通过最小二乘法求解出相应的系数值； 最后求出极值荷载效应所对应的三维坐标位置， 并进行基站挂载。 该方法简单实用， 具有很好的 可行性。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 114239353 A 2022.03.25 CN 114239353 A 1.一种基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载优化布置方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤一、 建立共享杆塔的 “土体‑桩‑杆塔‑电线”四维联动有限元模型； 步骤二、 以电线方向为X方向、 平面上垂直于电线方向是Y方向、 塔杆方向为Z方向建立 空间直角坐标系， 沿Z方向， 均匀选取N1个关键节点； 在Z＝0的平面内选取N2个关键节点； 将 上述两种关键节点进 行正交组合， 得到挂载工况共S 个， 其中， 第m个挂载工况在坐标系中的 位置为(Xm,Ym,Zm)； 设共享杆塔存在I种荷载工况， 则在第m个挂载工况、 第i个荷载工况下共享杆塔四维联 动有限元模型的极值响应代 表值M(m,i)为： 其中： F(m,i)、 A X(m,i)、 AY(m,i)、 AZ(m,i)、 WX(m,i)、 WY(m,i)、 WZ(m,i)分别为杆件轴向 应力、 杆件 X,Y,Z三个方向的加速度和杆件在X,Y,Z三个方向的位移所对应的荷载效应归一 值； 步骤三、 建立极值响应代表值M(m,i)与对应 的三维坐标位置Xm,Ym,Zm之间的二次曲面 方程： M(m,i)＝K1Xm2+K2Ym2+K3Zm2+K4XmYm+K5XmZm+K6YmZm+K7Xm+K8Ym+K9Zm+C 步骤四、 对二次曲面方程求偏导并令偏导等于0， 得到三元一次方程组； 求解三元一次 方程组得到荷载效应极小值对应的三维坐标位置， 即为基站最佳挂载位置， 按照该三维坐 标位置进行基站挂载。 2.根据权利要求1所述基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载优化布置方法， 其特 征在于， 所述建立共享杆塔的四维联动有限元模型过程中， 土体采用修正摩尔库伦模型， 桩 采用梁单 元模拟， 杆塔采用beam18 8单元， 电线采用l ink8单元进行模拟。 3.根据权利要求1所述基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载优化布置方法， 其特 征在于， 所述共享杆塔的荷载工况包括新增基站荷载、 共享杆塔自重、 风荷载、 温度荷载和 覆冰荷载。 4.根据权利要求1所述基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载优化布置方法， 其特 征在于， 所述极值响应代 表值M(m,i)的具体 计算过程如下： 通过有限元模拟分析， 得出共享杆塔在第m个挂载工况和第i个荷载工况下的荷载效 应， 所述荷载效应包括杆件轴向应力、 加速度和位移， 其中第j个杆件的轴向应力采用f(m, i,j)表示,第j个杆件在X,Y,Z三个方向 的加速度分别采用ax(m,i,j),ay(m,i,j),az(m,i,j) 表示,第j个杆件在X,Y,Z三个方向的位移分别采用wx(m,i,j),wy(m,i,j),wz(m,i,j)表示， 其中i＝1,2,3…,I， j＝1,2,3 …,J， J为所有杆件的总个数； 对于每一种荷载效应， 选取所有杆件荷载效应的最大绝对值作为此类荷载效应的代表 值mf(m,i)、 max(m,i)、 may(m,i)、 maz(m,i)、 mwx(m,i)、 mwy(m,i)、 mwz(m,i)： mf(m,i)＝maxabs{f(m,i,1),f(m,i,2),f(m,i,3), ……,f(m,i,J)} max(m,i)＝maxabs{ax(m,i,1),ax(m,i,2),ax(m,i,3), ……,ax(m,i,J)} may(m,i)＝maxabs{ay(m,i,1),ay(m,i,2),ay(m,i,3), ……,ay(m,i,J)} maz(m,i)＝maxabs{az(m,i,1),az(m,i,2),az(m,i,3), ……,az(m,i,J)}权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239353 A 2mwx(m,i)＝maxabs{wx(m,i,1),wx(m,i,2),wx(m,i,3), ……,wx(m,i,J)} mwy(m,i)＝maxabs{wy(m,i,1),wy(m,i,2),wy(m,i,3), ……,wy(m,i,J)} mwz(m,i)＝maxabs{wz(m,i,1),wz(m,i,2),wz(m,i,3), ……,wz(m,i,J)}； 其中， maxabs{}表示对括 号内的所有元 素取最大绝对值； 对荷载效应的代表值进行归一化分析， 得到荷载效应归一值F(m,i)、 AX(m,i)、 AY(m, i)、 AZ(m,i)、 WX(m,i)、 WY(m,i)、 WZ(m,i)： F(m,i)＝mf(m,i)/[fm] AX(m,i)＝max(m,i)/[ax,m] AY(m,i)＝may(m,i)/[ay,m] AZ(m,i)＝maz(m,i)/[az,m] WX(m,i)＝mwx(m,i)/[wx,m] WY(m,i)＝mwy(m,i)/[wy,m] WZ(m,i)＝mwz(m,i)/[wz,m]； 式中， [fm]表示杆件轴向应力限值； [ax,m]表示杆件X方向加速度限值； [ay,m]表示杆件Y 方向加速度限值； [az,m]表示杆件Z方向加速度限值； [wx,m]表示杆件X方向位移限值； [wy,m] 表示杆件Y方向位移限值； [wz,m]表示杆件 Z方向位移限值。 5.根据权利要求4所述基于极值响应面的共享杆塔新增基站挂载优化布置方法， 其特 征在于， 所述 二次曲面方程的系数 K1、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6、 K7、 K8、 K9、 C的确定方法如下： 令u1＝X2， u2＝Y2， u3＝Z2， u4＝XY， u5＝XZ， u6＝YZ， 并代入二次曲面方程中， 将二次曲面 方程化简为： 通过有限元分析， 得到不同m,i取值条件下的极值响应代表值M(m,i)及对应的三维坐 标位置Xm,Ym,Zm， 利用Xm,Ym,Zm计算出u1、 u2、 u3、 u4、 u5、 u6， 进一步将M(m,i)、 u1、 u2、 u3、 u4、 u5、 u6 代入到上式中， 通过最小二乘法求解得到K1、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6、 K7、 K8、 K9、 C的值， 然后将K1、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6、 K7、 K8、 K9、 C的值代入二次曲面方程中， 确定二次曲面方程的函数表达式。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239353 A 3