一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法及系统技术方案

本发明专利技术属于弹簧操动机构零部件可靠性设计技术领域，公开了一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，对弹簧操动机构零部件进行模态分析，计算获得部件振型向量和频率以确定其应力分布，并导出模态分析结果作为疲劳寿命计算的有限元输入量；进行零部件及其装配体的刚柔耦合瞬态动力学仿真计算，求解出随时间变化的各阶模态位移标量结果，作为疲劳寿命计算的载荷输入量；结合操动机构零部件材料的SN特性曲线，开展零部件疲劳寿命计算。与基于准静态应力的零部件疲劳寿命计算方法相比，可简化弹簧操动机构零部件机械疲劳寿命计算流程，取消静应力分析过程降低计算资源占用，可显著提升弹簧操动机构零部件疲劳寿命计算准确度。弹簧操动机构零部件疲劳寿命计算准确度。弹簧操动机构零部件疲劳寿命计算准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法及系统


[0001]本专利技术属于弹簧操动机构零部件可靠性设计
，特别涉及一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法及系统。

技术介绍

[0002]新能源为主体的新型电力系统大规模快速发展，考虑新能源发电的随机性和间歇性特点，电力系统对安全稳定运行提出了更高要求。高压开关设备作为电力系统关键控制与保护设备，其分合闸可靠性操动，对电力系统的安全稳定运行至关重要。弹簧操动机构相比液压、永磁等操动机构，在系统在运高压断路器中应用占比最大，其可靠性问题研究一直是国内外高压开关
关注的热点和难点。国际大电网组织自1977年～2007年对世界范围内在运高压开关设备分别进行了三次可靠性调查，结果显示因操动机构机械故障导致的断路器重失效而导致的72.5kV及以上电压等级断路器故障占总失效率的50％以上。我国国家电网的类似调研结果显示，因操动机构及其传动环节缺陷和故障引起的72.5k V及以上断路器(含GIS间隔)发生故障的比例分别为占总故障率的64.8％以上。
[0003]目前关于高压开关操动机构可靠性设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立弹簧操动机构零部件有限元分析模型；S2、对弹簧操动机构零部件有限元模型进行模态分析，获得弹簧操动机构零部件的振型向量和频率，振型向量和频率作为模态分析结果，并导出模态分析结果作为疲劳寿命计算的有限元输入量；S3、建立弹簧操动机构装配体刚性体系统模型，将弹簧操动机构零部件有限元分析模型与弹簧操动机构装配体刚性体系统模型耦合，得到多体动力学刚柔耦合分析模型；对多体动力学刚柔耦合分析模型进行瞬态动力学分析，求解出弹簧操动机构零部件有限元模型各节点随时间变化的各阶模态位移标量结果，作为疲劳寿命计算的载荷输入量；S4、依据S2得到的模态分析结果和S3得到的各阶模态位移标量结果，确定弹簧操动机构零部件应力/应变分布，再结合弹簧操动机构零部件材料的SN特性曲线，开展零部件疲劳寿命计算。2.根据权利要求1所述的一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，其特征在于，S2中，通过有限元软件进行模态分析得到第i阶固有频率ω
i
和模态振型矢量Φi；S3中，求取各阶模态位移矢量Φ，结合刚柔耦合动力学模型所获得的各阶模态位移标量ξ
i
；S4中，依据S2得到的模态分析结果和S3得到的各阶模态位移标量结果，确定弹簧操动机构零部件应力/应变分布，具体为：通过第i阶固有频率ω
i
、模态振型矢量Φi及各阶模态位移标量ξ
i
，依据模态应力恢复算法，获得有限元模型上各节点的应力σ和反作用力F，则得到弹簧操动机构零部件受力随时间的变化情况。3.根据权利要求2所述的一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，其特征在于，通过以下公式获得弹簧操动机构零部件有限元模型的第i阶模态应力：σ＝ΦE
σ
；其中，σ为节点的应力；Φ为模态位移矢量；E
σ
为模态应力矩阵，矩阵中各元素的值与材料弹性模量、泊松比有关，由有限元模型决定。4.根据权利要求2所述的一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，其特征在于，通过以下公式获得弹簧操动机构零部件有限元模型的第i阶模态反作用力：F＝KU
‑
ω2MU其中，ω为第i阶固有频率ω
i
的矢量表达；U为有限元模型的节点位移，由模态振型矢量和模态位移矢量所定义。5.根据权利要求2所述的一种弹簧操动机构零部件疲劳寿命评估方法，其特征在于，求取各阶模态位移矢量Φ，具体过程为：弹簧操动机构零部件有限元模型各节点位移q如下式所示：q＝(x,y,z...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓伟，马峰，安宁，邰雪峰，张强，李东涛，刘相蕊，
申请(专利权)人：中国西电电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：