О моделировании деформирования проволочных конструкций спиральной структуры
Автор: Данилин А.Н., Курдюмов Н.Н., Кузнецова Е.Л., Рабинский Л.Н.
Статья в выпуске: 4, 2015 года.
Бесплатный доступ
Анализ работоспособности воздушных линий электропередачи (ЛЭП) включает в себя расчеты статических состояний и колебаний проводов (и тросов) совместно с арматурой, гасителями колебаний и другими закрепленными на них устройствами. Решение многих из этих задач возможно только при корректном учете внутренней структуры проводов, конструкция которых формируется проволочными слоями (повивами), навитыми друг на друга под разными углами относительно продольной оси. Например, такой учет необходим при проектировании систем энергобезопасности и надежности информационно-телекоммуникационного обеспечения аэродромов, авиационных и ракетных систем, воздушных ЛЭП общего назначения, подверженных интенсивному воздействию ветра, особенно в условиях обледенения. Из-за сложной структуры проволочных конструкций возникают известные проблемы в оценках их деформаций, жесткостей, несущей способности и пр. Например, изгибная жесткость провода может заметно меняться по мере его деформации, поскольку проволочные слои провода могут проскальзывать относительно друг друга, а отдельные проволоки - перемещаться внутри повивов. Следовательно, величины изгибной и крутильной жесткостей могут изменяться как вдоль оси провода, так и во времени. В работе предлагается новая модель деформирования проволочных конструкций, подобных проводам ЛЭП. К таким конструкциям относятся не только провода и тросы ЛЭП, но и спиральные зажимы, предназначенные для натяжения, подвески, соединения, защиты и ремонта проводов. Каждый проволочный повив представляется с позиции энергетического осреднения как эквивалентная по упругим свойствам анизотропная цилиндрическая оболочка, а сам провод или спиральный зажим рассматриваются как система вложенных друг в друга цилиндрических оболочек, между которыми допускается проскальзывание с учетом сил давления и трения. На основе этого подхода получены формулы для определения матриц податливости и жесткости спиральных конструкций. Сформулирована и решена задача о взаимодействии натяжного зажима с внешним повивом провода и исследован механизм передачи усилия с зажима на провод.
Провод, спиральный зажим, проволочный слой, энергетическое осреднение, безмоментная цилиндрическая оболочка, жесткости, несущая способность
Короткий адрес: https://sciup.org/146211594
IDR: 146211594 | УДК: 539.313 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.05
Modelling of deformation of wire spiral structures
Analysis of power transmission lines (PTL) involves the calculations of static states and vibrations of conductors (and cables) together with spiral accessories, vibration dampers and other devices attached on them. Many of these problems can be properly solved only by taking into consideration the internal structure of the conductors, the design of which is formed by wire layers wound on each other at different angles relative to the longitudinal axis. For example, such reference is required in the design of the systems of power safety and reliability of information-telecommunication supply of aerodromes, aircraft and rocket systems, overhead transmission lines, subject to intense wind, especially in icing conditions. Due to the complex design of the wire structures the known issues arise in the estimates of their deformations, stiffnesses, bearing capacity, etc. For example, the bending stiffness of the conductor can sufficiently vary markedly as its deformation, since the wire layers may slip relative to each other, and a separate wire is movable within the wire layer. Consequently, the values of stiffnesses can be varied both along the conductor axis, and in time. The paper proposes a new deformation model of wires structures which are similar to a PTL conductors. These structures include not only conductors and cables, but spiral clamps intended for tension, suspension, joints, protection and repair of conductors. On the basis of energy averaging, each wire layer is considered as an elastically-equivalent anisotropic cylindrical shell, thus a conductor or a spiral clamp are modeled as a system of cylindrical shells nested into each other and interacting by the forces of pressure and friction. Following this approach the formulae for the flexibility and stiffness matrices of spiral structures have been obtained. The problem of interaction of a tension clamp with the external wire layer of a conductor has been formulated and solved. The mechanism of the force transfer from the clamp on the conductor has been investigated.
Список литературы О моделировании деформирования проволочных конструкций спиральной структуры
- Бошнякович А.Д. Механический расчет проводов и тросов линий электропередачи. -Л.: Энергия, 1971. -295 с.
- Глазунов А.А. Основы механической части воздушных линий электропередачи. Т.1. Работа и расчет проводов и тросов. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. -192 с.
- Cloutier L., Goudreau S., Cardou A. Fatigue of overhead electrical conductors//In EPRI. Transmission Line Reference Book: Wind Induced Conductor Motion: Second Edition. Palo-Alto, CA: Electric Power Research Institute; 2006 and 2009; 1018554; Р. 3-1, to 3-56.
- Costello G.A. Theory of wire rope. -N.Y.: Springer-Verlag, 1997.
- Feyrer K. Wire ropes: tension, endurance, reliability. -Berlin, New York: Springer-Verlag, 2007.
- Pilkey W.D. Analysis and Design of Elastic Beams. Computational Methods. -New York: J. Wiley & Sons, 2002.
- Dubois H., Lilien J.L., Dal Maso F. A new theory for frequencies computation of overhead lines with bundle conductors//Rev. AIM -Liege. -1991. -No. 1. -P. 46-62.
- Papailiou K.O. On the bending stiffness of transmission line conductors//IEEE Transactions on Power Delivery. -1997. -Vol. 12. -No. 4. -P. 1576-1588.
- Cardou A., Jolicoeur C. Mechanical models of helical strands//App. Mech. Rev. -1997. -Vol. 50 (1). -P. 1-14.
- Foti F., Martinelli L. A model for the cyclic biaxial bending of stranded ropes//Abstract in Conference proceedings of the 20th congress of the AIMETA, Bologna, Italy, 12-15 September 2011, p. 240, available at: http://www.integer.it under its Italian title: Un modello per la flessione biassiale ciclica di funi a trefoli.
- Strain measurements on ACSR conductors during fatigue tests II -Stress fatigue indicators/S. Goudreau, F. Lévesque, A. Cardou, L. Cloutier//IEEE Trans. on Power Delivery. -2010. -Vol. 25 (4). -P. 2997-3006.
- Hong K-J., Der Kiuregian A., Sackman J. L. Bending behavior of helically wrapped cables//ASCE J. Eng. Mech. -2005. -Vol. 131 (5). -P. 500-511.
- Fekr M.R., McClure G., Farzaneh M. Application of ADINA to stress analysis of an optical ground wire//Computers & Structures. -1999. -Vol. 72. -P. 301-316.
- Finite element model of the contact between a vibrating conductor and a suspension clamp/F. Lévesque, S. Goudreau, L. Cloutier, A. Cardou//Tribology International. -2011. -Vol. 44 (9). -P. 1014-1023.
- Rawlins C.B. Flexure of a single-layer tensioned cable at a rigid support//Proc. 6th International Symposium on Cable Dynamics. -Charleston (U.S.A), 19-22 Sept. 2005. -P. 363-370.
- Rawlins C.B. Analytical Elements of Overhead Conductor Fabrication//Fultus Corporation. -2005.
- Rawlins C.B. Flexural self-damping in overhead electrical transmission conductors//J. of Sound and Vib. -2009. -Vol. 323 (1-2). -P. 232-256.
- Shalashilin V.I., Danilin A.N., Volkov-Bogorodskiy D.B. Model of overhead line conductor with interaction of layers//Proc. 6th International Symposium on Cable Dynamics. -Charleston (U.S.A). 19-22 Sept. 2005. -P. 371-377.
- Колебания проводов воздушных линий под воздействием ветра: учеб.-справ. пособие. Ч. 1. Усталостная прочность. Вибрация/под ред. А.А. Виноградова. -М.: Электросетьстройпроект, 2005. -185 с.
- Новая модель деформирования проволочных систем спиральной структуры/А.Н. Данилин, Е.Л. Кузнецова, Л.Н. Рабинский, С.С. Тарасов//Нелинейный мир. -2011. -Т. 9, № 10. -С. 635-645.
- Виноградов А.А., Данилин А.Н., Рабинский Л.Н. Деформирование многослойных проволочных конструкций спирального типа. Математическое моделирование, примеры использования. -М.: Изд-во МАИ, 2014. -168 с.
- Аносов Ю.В., Данилин А.Н., Курдюмов Н.Н. О жесткостях проволочных конструкций спирального типа //Труды МАИ. -2015. -№ 80. -URL: www.mai.ru/science/trudy/published.php.
- Виноградов А.А., Рыжов С.В., Штельмах А.А. О разработке методики расчета натяжных спиральных зажимов//Энерг. cтр-во. -1994. -№ 3. -С. 60-61.
- Рыжов С.В. Методика расчета выходных параметров натяжных зажимов спирального типа//Электрические станции. -1998. -№ 1. -С. 8-11.
- Виноградов А.А., Рыжов С.В., Тищенко А.В. Разработка и освоение промышленного выпуска арматуры спирального типа для подвески проводов//Электрические станции. -1998. -№ 1. -С. 3-11.
- Рыжов С.В., Цветков Ю.Л. Опыт применения арматуры спирального типа на воздушных ЛЭП//ЭЛЕКТРО. -2005. -№ 2. -С. 32-36.
- Спиральная линейная арматура для подвески и ремонта проводов воздушных ЛЭП. Многочастотные гасители вибрации. Приспособления и устройства для проведения монтажных работ на ВЛ: каталог. Вып. 14 (XI.2004). -М.: Электросетьстройпроект, 2004. -С. 50.
- Спиральная линейная арматура для подвески и ремонта проводов и грозозащитных тросов ВЛ. Монтажные устройства и приспособления: каталог. Вып. 18. -М.: Электросетьстройпроект, 2011. -C. 72.
- Спиральная арматура для ВЛ. Технические требования. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». -2010. -13 с.
- Preformed Line Products (PLP). Energy Product Catalog, 2007. -472 p.
