覆冰输电导线舞动的仿真分析.pdf

第23 卷第 1 期 振　动　工　程　学　报 V o l. 23 N o. 1　 20 10 年2 月 Jou rn a l o f V ib rat ion En g in eer in g F eb. 20 10　 覆冰输电导线舞动的仿真分析 1 2 1 1 李欣业 , 张华彪 , 侯书军 , 高仕赵 ( 1. 河北工业大学机械工程学院, 天津 300 130; 2. 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 15000 1) 摘要: 基于考虑输电导线垂向和扭转振动耦合的两自由度模型, 利用多尺度法和数值分析方法, 分别就系统参数和 环境参数对临界风速和舞动振幅的影响进行了理论和仿真分析, 并讨论了扭转振动分岔导致的可能复杂运动。利 用零解的稳定性条件, 得到了覆冰厚度、初始覆冰角度、来流密度、导线的初始张力和单位长度质量以及横向阻尼 比对临界风速的影响曲线。基于解析和数值仿真的结果, 分别给出了风速、覆冰厚度、来流密度、导线的初始张力和 单位长度质量以及横向阻尼比对舞动振幅的影响曲线。对扭转振动分岔的研究表明, 风速变化时, (零解失稳导致 ) 的 周期运动的分岔可导致倍周期运动和概周期运动等复杂运动形式。 关键词: 稳定性; 输电导线; 舞动; 临界风速; 分岔 + ( ) 中图分类号: TU 352. 1 2; TU 852 文献标识码: A 文章编号: 20 10 0 1007610 但相对简单的二自由度模型却使得到显式的近似解 引　言 成为可能。此外, 文献[ 17 ]考虑扭转振动对升力的影 响, 基于一个二 自由度模型讨论输电线的舞动时发 输电导线舞动是偏心覆冰导线在风激励下产生 现覆冰较薄时在较大的风速范围扭转振动也会失 的一种低频、大振幅自激振动。导线舞动不仅会引起 稳。所以在对影响舞动的诸因素进行定性的理论分 杆塔、导线、金具及部件的损害, 还会造成线路频繁 析时, 二自由度模型有着不可替代的作用。本文拟利 跳闸与停 电, 因此对输 电线路的安全运行危害很 用非线性动力学理论和数值仿真方法, 基于舞动的 大[ 1, 2 ] 。从20 世纪30 年代开始, 一些舞动发生频繁、 二 自由度集总参数模型, 重点对临界风速及舞动幅 危害严重的国家, 如加拿大、日本、前苏联、美国等, 值的影响因素进行分析。 就投入了大量的人力、物力、财力, 借助风洞、舞动实 验线路及实际运行线路, 并结合理论分析, 对其进行 1　两自由度舞动模型的数学描述及其 了广泛的研究[3, 4 ] 。在理论分析方面, 舞动的分析模 近似解 型包括基于D en H ar to g 垂直振动机理的单 自由度 　　本文选用输 电线舞动的二 自由度集总参数模 [ 5 ] 模型 、基于 扭转振动机理的二自由度模型和 N igo l