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  • 鋼芯鋁絞線的張力分層特性|架空導線的絞制特點-鋼芯鋁絞線有限元模型-河北環亞線纜有限公司

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    鋼芯鋁絞線有限元模型

    來源:http://www.orbusa.com 發布時間:2017/6/15 11:21:05

    鋼芯鋁絞線是由一根或多根鋼芯周圍螺旋絞上一層或多層單線組成的,其相鄰層絞向相反。根據ACSR 720/50 架空導線的絞制特點,可利用 CATIA軟件生成各單線的母線,再拉拔出幾何模型,之后將幾何模型導入 ABAQUS 建立有限元模型。模擬導線在張力作用下的運行條件,建立其應力、應變分析的邊界條件,確立合理的分析類型和計算模式,利用ABAQUS 軟件強大的有限元分析功能進行數值模擬,獲得導線的張力分層特性。

    1 建立幾何模型

    以 ACSR 720/50 架空導線為例,幾何參數如表 1 所示。假設每股單線為螺旋的細長圓柱體,利用 CATIA 軟件按照 ACSR 720/50 架空導線幾何參數建立幾何模型,再導入 ABAQUS 軟件進行建模。

    表 1 ACSR 720/50 架空導線的幾何參數

    結構元件

    絞層(根數)

    單線直徑/mm

    導線外徑/mm

    節徑比

    節距/mm

    鋼芯

    內層(1)

    3.02

    3.02

    -

    -

    外層(6)

    9.06

    19.5

    176.67

    鋁單線

    內層(9)

    4.53

    18.12

    14.5

    262.74

    中層(15)

    27.18

    13

    353.34

    外層(21)

    36.24

    11

    398.64

    2 材料參數

    鋼芯鋁絞線由鋼芯外包鋁線絞合而成,模型中各材料均假設為連續、均質、各向同性,鋼芯、鋁線可假設為線彈性材料,即應力應變關系在彈性范圍內為線性的。彈性模型是基于廣義虎克定律建立的,模型采用各向同性材料,彈性模量 E、泊松比 v、剪切模量 G 三個材料參數只有兩個是獨立的,一般按彈性模量 E、泊松比 v 取值,見表 2。

    表 2 材料參數

    類別

    彈性模量/GPa

    泊松比

    鋼芯

    136.5

    0.28

    鋁股

    59.0

    0.3

    3 邊界條件

    根據架空導線承受軸向拉力時的實際情況,架空導線受力問題屬于大轉動小應變幾何非線性彈塑性問題。在架空導線有限元模型上 z = 0 端面約束柱坐標 y、z 兩個方向的自由度,z 軸另一端面約束柱坐標 y方向的自由度,按 10% RTS( 額定拉斷力) ,即 17. 06 kN 施加載荷,并耦合該端面上節點的自由度。

    4 網格劃分

    通過網格劃分,ACSR 720/50 架空導線幾何模型成為有限元模型,合適的單元形狀和數目是十分重要的。粗劣的單元形狀會影響分析結果的準確性,單元的數目多少直接影響計算的精度,單元的數目多,可以提高計算的精度,但是運行時間長,效率較低。在劃分單元時,應在滿足計算結果精度的要求下,盡可能地提高計算效率。考慮到導線模型的計算長度過長會影響計算速度,因此本模型的長度取為 30 mm。利用 C3D8R( 8 節點六面體線性減縮積分單元) 對導線進行網格劃分,導線有限元模型如圖 5 所示。


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