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四分裂覆冰输电导线舞动的动力学研究

作　者: 谭莹
导　师: 张琪昌
学　校: 天津大学
专　业: 工程力学
关键词: 导线舞动连续体模型非线性振动多尺度法模态耦合
分类号: O322
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大跨度的覆冰导线舞动是目前国内外许多学者关注的研究课题。覆冰导线在风激励的作用下,在垂直方向上发生的大幅舞动,是由流体和结构物相互作用而引起的,属于复杂的流固耦合运动。目前,许多学者针对导线舞动问题的研究多采用了离散的理论模型或有限元方法,但这样并不能完全地体现导线连续体振动的特性。本文为了更准确地体现连续体导线的振动特性,运用气动弹性理论和非线性理论,建立了四分裂覆冰输电导线面内和面外的连续体模型,并对该模型的各阶模态进行了理论分析和数值模拟。本文主要进行的研究内容和研究成果有以下几个方面:（1）考虑导线的大垂度的特性,对导线进行受力分析,得出导线静态下的垂度曲线。根据弹性力学的原理,建立四分裂导线面内和面外耦合的连续体动力学模型。利用Galerk积分方法,将偏微分方程转化为可求解的常微分方程,对方程进行一阶模态截断,得到导线面内外耦合的一阶振动方程。利用风洞实验数据,拟和导线面内面外所受气动力曲线,建立导线舞动系统的气动模型。in（2）分别对导线面内一阶模态的振动方程和导线面内外一阶模态耦合方程进行了研究。采用多尺度法求解方程的一阶近似解,得到导线面内和面外一阶振动的稳态振幅,并验证了导线舞动主要以面内大幅舞动为主,而面外振动非常微小。同时,利用导线面内振动方程的平均方程求得分岔控制方程,利用奇异性理论,分析导线面内振动在小扰动下的分岔图。（3）进一步对导线面内的前两阶模态的耦合振动进行研究。利用积分方法,得到导线面内前两阶模态耦合的非线性动力学方程。采用多尺度方法,对方程进行解析求解,分析导线面内一、二阶模态的振动特性。Galerkin（4）利用数值方法对导线面内的一阶振动方程进行求解,得到导线面内振动的相图和时域曲线图,并验证了解析结果的正确性。研究了导线的结构参数和气动参数对系统振动特性的影响,其中,主要分析了阻尼比ξ、初始攻角α₀和初始张力对于系统振动的振幅和频率的影响,为解决工程实际问题提供了有指导价值的理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状及成果  9-17
    1.2.1 导线覆冰舞动特点  9-12
    1.2.2 导线的舞动机理  12-13
    1.2.3 国内外研究现状及成果  13-17
  1.3 本文工作内容  17-19
第二章覆冰输电导线的连续体理论模型  19-29
  2.1 引言  19
  2.2 四分裂覆冰输电导线连续体模型的建立  19-22
  2.3 覆冰输电导线受风激励的气动力模型  22-23
  2.4 计算覆冰导线初始张力的变化  23-25
  2.5 本章小结  25-29
第三章覆冰输电导线面内一阶模态的动力学分析  29-35
  3.1 前言  29
  3.2 面内一阶振动方程的建立及解析求解  29-30
  3.3 静态分岔分析  30-33
  3.4 本章小结  33-35
第四章覆冰输电导线面内面外耦合动力学行为分析  35-43
  4.1 引言  35
  4.2 对导线面内面外耦合方程进行多尺度法求解  35-39
  4.3 本章小结  39-43
第五章覆冰输电导线面内前两阶模态耦合动力学分析  43-54
  5.1 引言  43
  5.2 导线面内前两阶模态耦合的动力学方程  43-44
  5.3 多尺度法求解  44-48
  5.4 本章小结  48-54
第六章导线面内振动数值分析及系统参数影响  54-59
  6.1 引言  54
  6.2 导线面内振动的数值分析  54-55
  6.3 系统参数影响曲线  55-58
  6.4 本章小结  58-59
第七章全文总结及展望  59-61
  7.1 本文总结  59-60
  7.2 问题和展望  60-61
参考文献  61-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

四分裂覆冰输电导线舞动的动力学研究

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