一种输电杆塔结构静态力学分析系统及其仿真方法
【专利摘要】本发明涉及一种输电杆塔结构静态力学分析系统及其仿真方法，其利用有限元分析软件的开发功能对输电杆塔进行建模，并集成输电杆截面型材、杆件材料，通过直接输入输电杆塔的实际工况数据计算输电杆、导线的自重或覆冰载荷以及塔体、导线的风载荷，并对载荷进行综合分析处理以生成分析报告、应力云图、变形云图，其减少了繁琐的计算过程和操作过程，使得输电杆塔的设计变得快速有效。
【专利说明】-种输电杆塔结构静态力学分析系统及其仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种输电杆塔结构静态力学分析系统及其仿真方法，具体是一种分析 输电杆塔结构在风载和覆冰载荷条件下的静力学分析方法，属于电力工业【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 输电杆塔是支撑架空输电线路导线和地线并使它们之间W及与大地之间保持一 定距离的杆形和塔形的构筑物，其安全可靠性直接关系到整个输电线路的安全运行。在架 空输电线路工程中，杆塔建设费用约占本体投资的30%甚至W上，直接决定着线路的经济 性。
[0003] 传统的杆塔设计方法是手工计算，采用结构力学及有限元方法对其进行力学性能 分析，该要求设计人员具备丰富的杆塔设计及分析计算的经验。采用有限元方法分析时，工 程中一般采用空间巧架模型来处理。在杆塔的结构强度研究方面，有较完善的理论基础及 相应的设计规范，随着电子计算机的发展，杆塔分析软件也逐级出现，比如东北电力设计院 用Fortran77编写的自立式杆塔内力分析软件，但是其严格的数据准备及输入要求、繁琐 的操作过程，使其应用不具有通用性和普遍性；很多设计单位基于商业有限元软件开展杆 塔的力学分析，如西南电力设计院联合重庆大学基于ABA卵S开展220kV高压输电线路风偏 有限元模拟研究；湖南电力试验研究院利用ANSYS软件分析了塔线体系结构，分析其在覆 冰荷载下的应力和位移变形情况，计算极限覆冰荷载及杆塔倒塌的破坏型式。该种基于商 业软件的力学分析方法，由于杆塔结构的建模及分析流程相当繁琐，花费周期很长，成本较 局。
【发明内容】
[0004] 本发明技术的目的在于；提供一种输电杆塔快速建模，并进行力学分析的系统和 仿真方法，并通过交互式是数据输入，使系统自动执行仿真分析、进行仿真结果评估并完成 仿真分析报告输出。
[0005] 本发明是通过W下技术方案实现的：
[0006] 一种输电杆塔结构静态力学分析系统，包括输电杆建模模块和力学性能评估模 块；其特征在于；输电杆建模模块包括塔身子模块、导线子模块、塔身塔头装配子模块、输 电杆截面型材库子模块、输电杆材料库子模块、塔头模型库子模块，力学性能评估模块包括 载荷计算模块、综合分析处理模块W及实际工况数据输入模块，其中载荷计算模块根据各 子模块的模型数据和实际工况数据输入模块的数据计算输电杆、导线的自重或覆冰载荷W 及塔体、导线的风载荷，综合分析处理模块通过有限元分析方法对输电杆塔模型的载荷进 行综合分析处理。
[0007] 优选的，输电杆建模模块基于有限元分析软件ANSYS，对塔身子模块、导线子模块、 塔身塔头装配子模块进行建模，对输电杆截面型材库子模块、输电杆材料库子模块、塔头模 型库子模块进行数据库封装。
[0008] 优选的，力学性能评估模块基于TCL/TK脚本语言，结合输电杆建模模块各个子模 块和输电杆塔的实际工况数据，调用C语言计算输电杆、导线的自重或覆冰载荷W及塔体、 导线的风载荷，并加载载荷通过有限元分析方法对其进行综合分析处理W生成分析报告、 应力云图、变形云图。
[0009] 一种输电杆塔结构静态力学分析的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：
[0010] a.通过有限元分析软件对输电塔的塔身、塔头、导线的真实模型进行建模，并建立 塔头库、材料库、截面型材库；
[0011] b.结合塔头库将塔身塔头进行装配；
[0012] C.结合截面型材库和材料库进行模型属性分配；
[0013] d.根据输电杆塔的实际工况数据计算装配好的输电杆塔模型在自重、风力、覆冰 作用下的载荷；
[0014] e.根据有限元分析方法对输电杆塔模型的载荷进行综合分析并生成分析报告、应 力云图、变形云图。
[0015] 优选的，步骤a中的有限元分析软件采用ANSYS。
[0016] 优选的，步骤d中载荷计算是通过调用C语言编写的载荷计算公式完成的。
[0017] 优选的，该仿真方法基于上述分析系统。
[00化]本发明采用了通用商业有限元软件ANSYS，通过定制开发，构建了专业分析系统， 实现了输电杆塔的快速建模及输电杆塔的力学性能评估。其中还设及到了 TCL/TK脚本语 言开发技术和应用数据库封装技术及风载荷计算方法，但本发明也可W采用其他商业有限 元分析软件。
[0019] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有W下优点：
[0020] 输电杆塔结构静态力学分析软件系统是在ANSYS商业软件的基础上，对输电杆塔 力学性能评估的基础数据、分析流程、规范和经验进行了集成和封装，构建基于模板的专业 化建模环境、不同工况的分析计算环境W及基于规范的结果评估环境，进而规范了杆塔建 模过程及性能评估过程、实现了通用软件的专业化、降低了软件的使用口槛、提高了仿真计 算的效率和质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详 [00巧细的说明，其中，
[0023] 图1是本发明所述的系统结构的结构图；
[0024] 图2是本发明所述的系统仿真方法的流程图；
[0025] 图3是本发明实施例所述的AP化命令流图；
[0026] 图4是本发明实施例所述的创建材料命令图；
[0027] 图5是本发明实施例所述的载荷加载UI界面；
[002引图6猫头塔设置界面图；
[0029] 图7整体变形云图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明所述的输电杆塔静力学仿真方法对应的系统，其结构如图1所示，包括输 电杆建模模块和力学性能评估模块；输电杆建模模块包括塔身子模块、导线子模块、塔身塔 头装配子模块、输电杆截面型材库子模块、输电杆材料库子模块、塔头模型库子模块，力学 性能评估模块包括载荷计算模块、综合分析处理模块W及实际工况数据输入模块，其中载 荷计算模块根据各子模块的模型数据和实际工况数据输入模块的数据计算输电杆、导线的 自重或覆冰载荷W及塔体、导线的风载荷，综合分析处理模块通过有限元分析方法对输电 杆塔模型的载荷进行综合分析处理。本发明的输电杆塔结构静态力学分析方法的理论计算 公式如下：
[0031]
【权利要求】
1. 一种输电杆塔结构静态力学分析系统，包括输电杆建模模块和力学性能评估模块； 其特征在于：输电杆建模模块包括塔身子模块、导线子模块、塔身塔头装配子模块、输电杆 截面型材库子模块、输电杆材料库子模块、塔头模型库子模块，力学性能评估模块包括载荷 计算模块、综合分析处理模块以及实际工况数据输入模块，其中载荷计算模块根据各子模 块的模型数据和实际工况数据输入模块的数据计算输电杆、导线的自重或覆冰载荷以及塔 体、导线的风载荷，综合分析处理模块通过有限元分析方法对输电杆塔模型的载荷进行综 合分析处理。
2. 根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于：输电杆建模模块基于有限元分析软 件ANSYS，对塔身子模块、导线子模块、塔身塔头装配子模块进行建模，对输电杆截面型材库 子模块、输电杆材料库子模块、塔头模型库子模块进行数据库封装。
3. 根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于：力学性能评估模块基于TCL/TK语 言，结合输电杆建模模块各个子模块和输电杆塔的实际工况数据，调用C语言计算输电杆、 导线的自重或覆冰载荷以及塔体、导线的风载荷，并加载载荷通过有限元分析方法对其进 行综合分析处理以生成分析报告、应力云图、变形云图。
4. 一种输电杆塔结构静态力学分析仿真方法，其特征在于包括如下步骤： a. 通过有限元分析软件对输电塔的塔身、塔头、导线的真实模型进行建模，并建立塔头 库、材料库、截面型材库； b. 结合塔头库将塔身塔头进行装配； c. 结合截面型材库和材料库进行模型属性分配； d. 根据输电杆塔的实际工况数据计算装配好的输电杆塔模型在自重、风力、覆冰作用 下的载荷； e. 根据有限元分析方法对输电杆塔模型的载荷进行综合分析并生成分析报告、应力云 图、变形云图。
5. 根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于：步骤a中的有限元分析软件采用 ANSYS〇
6. 根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于：步骤d中载荷计算是通过调用c语 目编与的载荷计算公式完成的。
7. 根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于：该仿真方法基于权利要求1-3任一 项分析系统。
【文档编号】G06Q50/06GK104504167SQ201410435938
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】彭家宁, 边美华, 卢展强, 张兴森, 梁世容, 施锦奎, 刘志伟, 王昱皓, 李铭 申请人:广西电网公司电力科学研究院