一种高效的基于梁单元的钢芯铝绞线有限元建模方法.docx

《一种高效的基于梁单元的钢芯铝绞线有限元建模方法》 钢芯铝绞线，因其经济性、大传输容量和低电耗损失，广泛应用于架空输电线领域。然而，其复杂的结构和服役环境导致在实际运行中表现出复杂的力学特性，这使得对其力学性能的研究变得至关重要。传统的有限元建模方法，如基于实体单元和基于杆单元的方法，存在一定的局限性。实体单元建模在处理较长结构时效率较低，建模长度通常限制在200mm左右，而杆单元建模虽然适用于长结构，但无法同步获取每根股线的应力应变数据。 本文提出了一种基于梁单元的钢芯铝绞线有限元建模新方法，旨在克服上述问题。梁单元建模允许大幅度增加建模长度，同时在构建1:1比例的大规模钢芯铝绞线模型时，能同步计算出各股线的力学参数，如应力和应变。这一创新方法显著提高了建模效率和精度。 在具体实施过程中，首先利用Solidworks软件创建了1400mm长度的钢芯铝绞线几何模型，随后将其导入到ABAQUS软件中进行装配。ABAQUS以其强大的非线性分析能力，能够精确处理复杂的接触问题。在ABAQUS中，通过梁单元对钢芯铝绞线模型进行离散化处理，考虑到股线间的相互接触，模拟真实工况。接着，施加与疲劳试验机相同的边界条件，以模拟实际运行状态。将模拟结果与疲劳试验机上的实验数据进行对比，验证了新方法的准确性。 文献回顾显示，过往的研究多关注于钢芯铝绞线在张力作用下的应力-应变特性，以及各层线股的应力分布规律。有的研究建立了导线受拉弯曲行为的力学模型，但往往对模型进行了简化，可能影响结果的精确性。相比之下，本文提出的基于梁单元的建模方法不仅提高了建模的灵活性，还确保了力学分析的全面性，为钢芯铝绞线在各种工况下的力学性能研究提供了有力工具。 这种方法对于理解钢芯铝绞线在复杂载荷下的响应，预测其疲劳寿命，以及优化设计具有重要价值。未来的研究可进一步扩展此方法，应用于其他复杂结构的建模，推动电力系统工程的发展。