一种适用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种适用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法和装置，方法包括：获取输电塔结构参数数据，计算完整结构的杆件应变能向量和节点位移向量，进而求取结构的应变能和最大节点位移；逐根移除结构中的杆件，计算损伤结构的杆件应变能向量和节点位移向量，求出损伤结构的应变能和最大节点位移；引入参与系数矩阵，将包含完整结构和损伤结构的应变能和最大节点位移组成向量，计算每根移除杆件的重要性系数向量；选取损伤结构应变能变化程度以及最大节点位移变化程度较大的重要性系数向量，从中选择综合重要性系数值最大的重要性系数向量，继而根据该重要性系数向量，计算输电塔结构的鲁棒性；若满足预设的鲁棒性阈值，则将当前输电塔结构确定为最终输电塔结构。

A method and device for structural topology determination of UHV long cantilever transmission tower

【技术实现步骤摘要】
一种适用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法和装置
本专利技术涉及输变电设备设施结构设计
，特别是一种适用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法和装置。
技术介绍
在电能供应方面，输电塔起着重要的作用，其发生损坏乃至倒塌将严重影响人们的工作与生活，这就要求对输电塔结构进行精确的鲁棒性研究，确保结构的稳定使用。输电塔的鲁棒性体现了结构对某一杆件在遇到偶然荷载作用下发生失效时，结构体系具有不发生整体失效后果与局部杆件失效不成比例破坏的一种能力。从目前鲁棒性分析的相关研究来看，以杆件的重要性系数作为鲁棒性研究的基础居多。在对杆件的重要性系数进行研究时，大多数学者以单一的指标例如能量、位移或者结构的承载力等对结构进行研究。但是对于具有长悬臂横担的输电塔结构，位移和应变能都起着重要的作用，当仅利用单一的指标对结构的杆件重要性系数进行计算时，不能准确反映出杆件的重要性系数，进而无法确保最终设计得到的输电塔能够满足应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供适用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法，能够用于特高压长悬臂输电塔的结构拓扑设计，确保输电塔鲁棒性能够满足应用需求。本专利技术采取的技术方案为：一种特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法，包括：获取输电塔结构参数数据；基于所获取的输电塔结构参数数据，计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移；对于输电塔中的各杆件，分别计算相应杆件移除后，输电塔损伤结构的应变能和最大节点位移；对于输电塔中的各杆件，基于输电塔完整结构、损伤结构的应变能和最大节点位移，以及预设的参与系数矩阵，计算相应杆件的重要性系数向量；从所有杆件的重要性系数向量中，选取损伤结构应变能变化程度排名前l1个的杆件对应的重要性系数向量，以及最大节点位移变化程度排名前l2个的杆件对应的重要性系数向量；从所选择的重要性系数向量中，选择综合重要性系数最大的重要性系数向量根据重要性系数向量计算输电塔结构的鲁棒性IC；判断鲁棒性IC是否满足预设的鲁棒性阈值，若满足，则将当前输电塔结构确定为最终输电塔结构。可选的，所述输电塔结构参数数据包括输电塔的杆件、节点的数量和位置。可选的，所述计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移包括：计算输电塔完整结构中各杆件的应变能向量E0，以及各节点在重力方向的位移向量U0；E0＝[e1,e2,e3,…,ei,…,en]T，ei表示结构中第i根杆件的应变能，n为输电塔中杆件的数量；U0＝[u1,u2,u3,…,ui,…,um]T，ui表示结构中第i个节点在重力方向的位移；m为输电塔中节点的数量；则根据范数，输电塔完整结构的应变能为：最大节点位移为：可选的，本专利技术利用Python编程实现对输电塔结构各杆件的逐根移除，并利用“改变荷载路径法”进行计算，得到对应各杆件移除后的输电塔损伤结构应变能和最大节点位移，可提高计算效率。可选的，对于第i根杆件，定义其移除后的输电塔损伤结构中，杆件的应变能向量为Ei＝[e1′,e2′,e3′,…,ej′,…,en′]T，ej′表示损伤结构中第j根杆件的应变能；最大节点位移为Ui＝[u1′,u2′,u3′,…,ui′,…,um′T，ui′表示损伤结构中第i个节点在重力方向的位移；则第i根杆件移除后的输电塔损伤结构应变能为最大节点位移为可选的，定义所述预设的参与系数矩阵为B；所述计算相应杆件的重要性系数向量包括：基于完整结构的应变能、最大节点位移，以及损伤结构的应变能和最大节点位移组成向量则对于第i根杆件，其在与参与系数矩阵中的不同系数组合后的重要性系数向量为：其中，αi1,αi2,αi3,αi4,αi5,αiK表示第i根杆件重要性系数向量中对应的重要性系数，K为参与系数矩阵B中的元素列数。可选的，预设的参与系数矩阵表示为：参与系数矩阵的行数等于2(即等于重要性系数向量中的元素数)，列数可根据需要调整，各行元素依次在0-1之间递增和在1-0之间递减。可选的，损伤结构应变能变化程度即最大节点位移变化程度即定义L＝l1+l2，α1′,α2′,…,αl1′为l1个损伤结构应变能变化程度较大的重要性系数向量，α1′,α2′,…,αl2′为l2个最大节点位移变化程度较大的重要性系数向量；构造杆件重要性系数矩阵C：对于C中的每一列元素，按照元素值的大小进行顺序编号，用各元素的编号替换矩阵中的元素值，得到编号矩阵N：对于矩阵N中的每行元素分别求和作为，从中选取编号和最小的一行，则该行元素对应的重要性系数向量即综合重要性系数最大的重要性系数向量可选的，所述l1与l2相等，L取值为10。可选的，根据重要性系数向量输电塔结构的鲁棒性IC为：另一方面，本专利技术还提供一种特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定装置，包括：结构参数获取模块，被配置用于获取输电塔结构参数数据；第一计算模块，被配置用于基于所获取的输电塔结构参数数据，计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移；第二计算模块，被配置用于对于输电塔中的各杆件，分别计算相应杆件移除后，输电塔损伤结构的应变能和最大节点位移；第三计算模块，被配置用于对于输电塔中的各杆件，基于输电塔完整结构、损伤结构的应变能和最大节点位移，以及预设的参与系数矩阵，计算相应杆件的重要性系数向量；鲁棒性计算模块，被配置用于从所有杆件的重要性系数向量中，选取损伤结构应变能变化程度排名前l1个的杆件对应的重要性系数向量，以及最大节点位移变化程度排名前l2个的杆件对应的重要性系数向量；从所选择的重要性系数向量中，选择综合重要性系数最大的重要性系数向量以及根据重要性系数向量计算输电塔结构的鲁棒性IC；输电塔结构确定模块，被配置用于判断鲁棒性IC是否满足预设的鲁棒性阈值，若满足，则将当前输电塔结构确定为最终输电塔结构。有益效果本专利技术通过计算鲁棒性确定输电塔的结构，可用于输电塔的辅助设计。在计算结构的杆件重要性系数时，改变了以往仅以单一指标进行计算的做法，而是同时采用基于最大节点位移向量和应变能向量两种指标组合的一种新的综合评估方式，能够提高杆件重要性系数的准确值，继而提高输电塔结构鲁棒性的准确值，确保所设计的输电塔能够满足实际应用需求，保障安全性和使用寿命。本专利技术对结构的杆件重要性系数考虑不同的参与系数的影响，可以更加充分考虑位移向量和应变能向量的影响，避免因为应变能或者位移的突变造成杆件重要性系数计算的不准确，影响到结构的鲁棒性计算。附图说明图1为本专利技术输电塔结构确定方法流程示意图；图2为输电塔结构移除杆件的代号示意图；图3为风荷载的具体方向图；图4为代号为N5杆件移除的位置；图5为代号为N5移除后的位移响应图。具体实施方式以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法，其特征是，包括：/n获取输电塔结构参数数据；/n基于所获取的输电塔结构参数数据，计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移；/n对于输电塔中的各杆件，分别计算相应杆件移除后，输电塔损伤结构的应变能和最大节点位移；/n对于输电塔中的各杆件，基于输电塔完整结构、损伤结构的应变能和最大节点位移，以及预设的参与系数矩阵，计算相应杆件的重要性系数向量；/n从所有杆件的重要性系数向量中，选取损伤结构应变能变化程度排名前l

【技术特征摘要】
1.一种特高压长悬臂输电塔的结构拓扑确定方法，其特征是，包括：
获取输电塔结构参数数据；
基于所获取的输电塔结构参数数据，计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移；
对于输电塔中的各杆件，分别计算相应杆件移除后，输电塔损伤结构的应变能和最大节点位移；
对于输电塔中的各杆件，基于输电塔完整结构、损伤结构的应变能和最大节点位移，以及预设的参与系数矩阵，计算相应杆件的重要性系数向量；
从所有杆件的重要性系数向量中，选取损伤结构应变能变化程度排名前l1个的杆件对应的重要性系数向量，以及最大节点位移变化程度排名前l2个的杆件对应的重要性系数向量；
从所选择的重要性系数向量中，选择综合重要性系数最大的重要性系数向量
根据重要性系数向量计算输电塔结构的鲁棒性IC；
判断鲁棒性IC是否满足预设的鲁棒性阈值，若满足，则将当前输电塔结构确定为最终输电塔结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述输电塔结构参数数据包括输电塔的杆件、节点的数量和位置。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述计算输电塔完整结构的应变能和最大节点位移包括：
计算输电塔完整结构中各杆件的应变能向量E0，以及各节点在重力方向的位移向量U0；
E0＝[e1,e2,e3,…,ei,…,en]T，ei表示结构中第i根杆件的应变能，n为输电塔中杆件的数量；
U0＝[u1,u2,u3,…,ui,…,um]T，ui表示结构中第i个节点在重力方向的位移；m为输电塔中节点的数量；
则根据范数，输电塔完整结构的应变能为：



最大节点位移为：





4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，利用Python编程实现对输电塔结构各杆件的逐根移除，并利用“改变荷载路径法”进行计算，得到对应各杆件移除后的输电塔损伤结构应变能和最大节点位移。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征是，对于第i根杆件，定义其移除后的输电塔损伤结构中，杆件的应变能向量为Ei＝[[e1′,e2′,e3′,…,ej′,…,en′]T，ej′表示损伤结构中第j根杆件的应变能；最大节点位移为Ui＝[u1′,u2′,u3′,…,ui′,…,um′]T，ui′表示损伤结构中第i个节点在重力方向的位移；
则第i根杆件移除后的输电塔损伤结构应变能为最大节点位移为


6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，定义所述预设的参与系数矩阵为B；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亮，朱亚鹏，蔡建国，陶青松，张晓辉，龙海波，谈磊，张炜，宁帅朋，李布辉，马瑞君，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32