光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法及相关装置与流程

本发明属于光纤复合架空地线光缆领域，涉及一种光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法及相关装置。

背景技术：

1、光纤复合架空地线光缆作为一种特种光缆，集架空地线和通信光纤于一身，广泛应用于电力系统，承载了电力通信网的信号传输业务。在长期运行过程中，光纤复合架空地线光缆不可避免的遭受覆冰和风沙等极端天气影响，以及高空悬挂引发张力作用，对光纤复合架空地线光缆的性能造成极大的影响，严重威胁电力通信线网的正常运行。光纤复合架空地线光缆应力造成的应变超过安全阈值后，将引发衰耗急剧增大甚至光纤断裂，是导致光缆纤芯传输衰耗增大、性能劣化的根本因素，是评估光纤复合架空地线光缆运行风险的关键。因此，对光纤复合架空地线光缆应变演变过程进行预测，以预防和减少事故的发生，保障电力通信系统的安全稳定运行是十分必要的。

2、目前对光纤复合架空地线光缆应变演变通常采用悬链线方程，通过牛顿迭代法，计算光纤复合架空地线光缆在不同情况下所受最大张力、伸长、弧垂及应力应变等数据。然而，光纤复合架空地线光缆作为多个线型单元的绞合体，结构类型多样，组部件材料属性复杂，并且光纤复合架空地线光缆的工作环境复杂，同时，光纤复合架空地线光缆在运行中，气象环境和外部荷载时刻变化，光纤复合架空地线光缆始终处于多物理场及多应力场的交变作用，这导致在实际情况下光纤复合架空地线光缆并不完全贴合悬链线方程，继而使得依据悬链线方程的计算方法求得的应变演变结果并不精确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法及相关装置。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面，提供一种光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法，包括：根据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数，构建光纤复合架空地线光缆的三维结构模型；将所述三维结构模型进行网格划分得到若干网格单元，并设定各网格单元的载荷和约束，得到有限元分析模型；对所述有限元分析模型进行有限元分析，得到光纤复合架空地线光缆中各部件沿光缆轴线上的应力平均值。

4、可选的，所述根据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数，构建光纤复合架空地线光缆的三维结构模型包括：获取光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数；依据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数，建模光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型；其中，建模光纤复合架空地线光缆的绞合钢丝的三维结构模型时，按照点、线、面、体的顺序建模单根绞合钢丝的三维结构模型，并根据光纤复合架空地线光缆的绞合钢丝的数量进行单根绞合钢丝的三维结构模型的复制；依据光纤复合架空地线光缆的各部件的材料参数，设置光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型的材料参数，以及根据光纤复合架空地线光缆的各部件的位置关系，组合光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型，得到光纤复合架空地线光缆的三维结构模型。

5、可选的，所述光纤复合架空地线光缆的各部件的材料参数包括密度、弹性模量以及泊松比。

6、可选的，所述按照点、线、面、体的顺序建模单根绞合钢丝的三维结构模型包括：根据光纤复合架空地线光缆的长度和绞合钢丝的节距，得到绞合钢丝的绞合匝数；定义光纤复合架空地线光缆的中心轴并设定单根绞合钢丝建模所需的建模点个数；确定各建模点在中心轴方向上的位置分布，并根据绞合钢丝的绞合半径确定各建模点到中心轴的距离，得到各建模点的位置；将各建模点依次连接形成绞合曲线，并以各建模点为圆心，以各建模点在绞合曲线上的切线为法线，以绞合钢丝的半径为半径生成若干圆面，最后沿着若干圆面扫掠成体，得到单根绞合钢丝的三维结构模型。

7、可选的，所述将所述三维结构模型进行网格划分时，采用扫掠的方式逐一对光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型进行网格划分，且光纤复合架空地线光缆各部件的三维结构模型的网格划分密度单独设置。

8、可选的，所述设定各网格单元的载荷包括：设定各网格单元的移载荷、刚体位移载荷以及刚体旋转载荷，且移载荷、刚体位移载荷以及刚体旋转载荷均包括下述中的一种或几种：力、位移、速度、加速度和旋转；设定各网格单元的约束包括：对需要固定的网格单元的施加零位移平动和零位移转动。

9、可选的，所述对所述有限元分析模型进行有限元分析包括：采用有限元分析软件对所述有限元分析模型进行有限元分析；其中，有限元分析模型的光单元不锈钢管采用有限元分析软件中的shell163薄壳单元定义，有限元分析模型的其余部件采用有限元分析软件中的显式体单元solid164定义。

10、本发明第二方面，提供一种光纤复合架空地线光缆应变演变预测系统，包括：

11、结构模型构建模块，用于根据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数，构建光纤复合架空地线光缆的三维结构模型；

12、有限元分析模型构建模块，用于将所述三维结构模型进行网格划分得到若干网格单元，并设定各网格单元的载荷和约束，得到有限元分析模型；

13、有限元分析模块，用于对所述有限元分析模型进行有限元分析，得到光纤复合架空地线光缆中各部件沿光缆轴线上的应力平均值。

14、可选的，所述结构模型构建模块具体用于：获取光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数；依据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数，建模光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型；其中，建模光纤复合架空地线光缆的绞合钢丝的三维结构模型时，按照点、线、面、体的顺序建模单根绞合钢丝的三维结构模型，并根据光纤复合架空地线光缆的绞合钢丝的数量进行单根绞合钢丝的三维结构模型的复制；依据光纤复合架空地线光缆的各部件的材料参数，设置光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型的材料参数，以及根据光纤复合架空地线光缆的各部件的位置关系，组合光纤复合架空地线光缆的各部件的三维结构模型，得到光纤复合架空地线光缆的三维结构模型。

15、本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法的步骤。

16、本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法的步骤。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明光纤复合架空地线光缆应变演变预测方法，根据光纤复合架空地线光缆的各部件的结构参数和材料参数，构建光纤复合架空地线光缆的三维结构模型，将光纤复合架空地线光缆物理实体进行三维数字化建模，实现光纤复合架空地线光缆从物理世界到数字世界的转换，然后将三维结构模型进行网格划分得到若干网格单元，并设定各网格单元的载荷和约束，得到有限元分析模型，进而对有限元分析模型进行有限元分析得到光纤复合架空地线光缆中各部件沿光缆轴线上的应力平均值，基于各网格单元不同的载荷和约束的设定，利用有限元法计算推演光纤复合架空地线光缆在不同场景下多物理场及复杂交变应力场的应变演变过程，形成具有典型性、指导性的仿真方法，用数字化手段揭示光纤复合架空地线光缆及纤芯应变的静态及动态特性，找到光纤复合架空地线光缆纤芯应变与环境及外应力等影响因素的关联关系，有效提升光纤复合架空地线光缆应变演变预测精度，继而为光纤复合架空地线光缆的安全稳定运行提供相应的技术支持。