一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法技术

本发明专利技术公开了属于电缆中间接头振动特性仿真分析领域，特别涉及一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法。该方法利用有限元仿真分析软件建立电缆中间接头的几何模型，施加材料参数，设置单元类型，划分网格；对电缆中间接头的有限元模型进行模态分析和谐响应分析；分别以工频电致振动及模态分析和谐响应分析获得的共振频率点为载荷，对电缆中间接头进行振动和共振分析；利用时空和幅频分析法处理仿真结果，获得电缆中间接头的振动特征。本发明专利技术解决了电缆中间接头振动分析中成本高、实验检测困难的问题，具有参数设置灵活，工作效率高等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法


[0001]本专利技术属于电缆中间接头振动特性仿真分析领域，特别涉及一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的快速发展，城市地下电缆用量逐年增加，其安全稳定性对城市正常运转至关重要。受生产工艺、安装条件限制，安装好的电缆存在很多接头，在所有电缆故障中，接头故障占比在50％以上。故障原因之一就是长期运行过程中，电缆中电流导致缆体电致振动，加之车辆通行等其他外部振源激励作用，电缆接头会产生共振，长期作用对电缆中间接头内部结构造成破坏。
[0003]这种振动可能是间歇性的，不易被发现，如果能分析其振动特征，利用有效的振动测量手段对其进行监测，及时发现并进行防治，就能够有效的防止事故的发生。
[0004]电缆中间接头采用多层结构，现场直接测量其振动特性，不仅成本高，而且检测较为困难。如何准确、高效地获取电缆中间接头的振动特性是一项亟待解决的问题。
[0005]目前，研究人员采用的方法是在现场对电缆中间接头进行检测，研究其振动特性。该种方法花费的时间较长，成本较高，实验难度较大。
[0006]针对以上问题，本专利技术提出了一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法，既能提高故障判断的准确性和可靠性，又能克服实体实验的缺点，实现电缆中间接头振动特性的获取和分析。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于，提出一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法，用于解决电缆中间接头振动特性获取和分析时成本高、实验困难等问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提出的技术方案是一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法，其特征是所述方法包括：
[0009]步骤1：测量电缆中间接头的结构尺寸，利用有限元分析法建立电缆中间接头的几何模型，设置材料参数、单元类型，进行网格划分，具体方法如下：
[0010](1)确定电缆中间接头的类型，根据其结构特征，分别测量电缆中间接头每一部分的径向和轴向尺寸；
[0011](2)使用有限元仿真软件，根据电缆中间接头的结构尺寸，按照从里到外的顺序建立电缆中间接头的几何模型；
[0012](3)根据电缆中间接头每一部分的材料，分别设置几何模型中各结构组件的弹性模量、泊松比以及材料密度；设置电缆中间接头的单元类型；
[0013](4)使用扫略法，针对电缆中间接头不同部分的结构特点，进行网格划分；
[0014]步骤2：对电缆中间接头有限元模型进行模态分析和谐响应分析，具体方法如下：
[0015](1)在电缆中间接头的两端施加全约束载荷，进行完全约束；
[0016](2)在有限元仿真软件中，设置求解类型为模态分析，设置模态提取方法为Block Lanczos，根据模型复杂度设置模态提取阶数为8～15，之后进行求解，得到电缆中间接头的固有频率范围；
[0017](3)设置电缆中间接头的谐响应频率范围等于模态分析中得出的固有频率范围，定义谐响应分析求解类型为完全法，进行求解；
[0018]步骤3：在电缆中间接头的模态分析和谐响应分析的基础上，对其进行振动分析和共振分析，具体方法如下：
[0019](1)从电缆中间接头模态分析出计算出的多个固有频率中，找出最低的频率值，最为低频振动载荷；
[0020](2)在有限元分析软件上，分别创建低频振动载荷下的电致振动载荷，激活载荷，施加到电缆的一端；求解方式选择瞬态求解，选择大应变求解方式，设置载荷步，进行求解；
[0021](3)在时间后处理器中查看求解结果；在轴向和径向上分别选取电缆中间接头振动关键位置的点进行提取，导出相关位置点的振动数据；画出时间
‑
加速度振动波形，使用FFT变换画出频域图；
[0022](4)从谐响应分析得出的多个共振频率点中选取最小的频率值作为最低共振频率，施加该频率的振动载荷并求解，方法与步骤3中(1)、(2)、(3)相同；
[0023]步骤4：分析仿真结果，获得电缆中间接头的振动时频特征，具体方法如下：(1)观察求解结果中的加速度云图，选取电缆中间接头振动特征明显的区域进行分析，提取振动数据，画出以x轴为时间，y轴为距离间隔，z轴为振动幅度的振动波形和共振波形，对比分析两种波形的振动特征。
[0024](2)在电缆中间接头的振动数据的基础上进行频域变换，以x轴为频率，y轴为距离间隔，z轴为幅度画出频域变换图，找到最大幅值点以及对应的频率，对比分析正常振动和共振下的曲线特征。
[0025]所述电缆中间接头的设计和建模，应使用具有振动分析功能的有限元软件或自行设计的程序，包括但不限于ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC、MATLAB等。
[0026]所述在电缆中间接头的振动数据的基础上进行频域变换，该频域变换包括但不限于FFT、小波变换等。
[0027]本专利技术的有益效果：1、本专利技术充分利用有限元分析方法中多种算法的特点，可准确地获取电缆中间接头的模态分析数据、谐响应分析数据、共振数据；2、本专利技术克服了利用实体实验困难大的缺点；3、本专利技术提出的振动特性仿真分析方法，参数设置灵活，工作效率高。
附图说明
[0028]图1电缆中间接头振动特性有限元分析方法流程图
[0029]图2电缆中间接头剖面示意图
[0030]图3电缆中间接头安装工况图
[0031]图4电缆接头几何模型
[0032]图5电缆中间接头整体网格划分
[0033]图6电缆中间接头轴向谐响应分布图
[0034]图7不同位置处圆周上各点的谐响应图
[0035]图8电致振动下电缆接头振动时域图
[0036]图9电致振动下电缆接头振动频谱图
[0037]图10电缆中间接头共振时域图
[0038]图11电缆中间接头共振频域图
具体实施方式
[0039]本专利技术给出的电缆中间接头振动特性的仿真分析方法流程图如图1所示。下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明：
[0040]1、根据现场实际电缆中间接头实物，建立其有限元模型，添加材料参数。
[0041]在ANSYS有限元软件中，根据图2～图4中电缆中间接头的结构尺寸，按照从里到外的顺序建立有限元模型。根据电缆中间接头每一层的不同材料类型，施加相应的弹性模量、泊松比和密度，如下表1所示：
[0042]表1电缆中间接头结构及材料参数
[0043][0044]2、对电缆中间接头的有限元模型进行单元类型设置和网格划分，如图5所示。
[0045]在单元类型的设置中选择solid186单元，solid186单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，具有二次位移模式，能够更好地模拟不规则的网格。该单元通过20个节点进行定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度，具有任意的空间各向异性，能支持大形变和大应变能力。
[0046]电缆中间接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取电缆中间接头振动特性的仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量电缆中间接头的结构尺寸，利用有限元分析法建立电缆中间接头的几何模型，设置材料参数、单元类型，进行网格划分，具体方法如下：(1)确定电缆中间接头的类型，根据其结构特征，分别测量电缆中间接头每一部分的径向和轴向尺寸；(2)使用有限元仿真软件，根据电缆中间接头的结构尺寸，按照从里到外的顺序建立电缆中间接头的几何模型；(3)根据电缆中间接头每一部分的材料，分别设置几何模型中各结构组件的弹性模量、泊松比以及材料密度；设置电缆中间接头的单元类型；(4)使用扫略法，针对电缆中间接头不同部分的结构特点，进行网格划分；步骤2：对电缆中间接头有限元模型进行模态分析和谐响应分析，具体方法如下：(1)在电缆中间接头的两端施加全约束载荷，进行完全约束；(2)在有限元仿真软件中，设置求解类型为模态分析，设置模态提取方法为Block Lanczos，根据模型复杂度设置模态提取阶数为8～15，之后进行求解，得到电缆中间接头的固有频率范围；(3)设置电缆中间接头的谐响应频率范围等于模态分析中得出的固有频率范围，定义谐响应分析求解类型为完全法，进行求解；步骤3：在电缆中间接头的模态分析和谐响应分析的基础上，对其进行振动分析和共振分析，具体方法如下：(1)从电缆中间接头模态分析出计算出的多个固有频率中，找出最低的频率值，最为低频振动载荷；(2)在有限元分析软件上，分别创建低频振动载荷下的电致振动载荷，激活载荷，施...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕安强，李静，岳军鹏，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：