基于電線桿的有限元分析應(yīng)用

  曾經(jīng)有人問(wèn)筆者，電桿與電線桿有何區(qū)別？答案是兩者（在下文統(tǒng)稱(chēng)電線桿）都屬于同一種電力設(shè)施。電線桿的作用主要是支持導(dǎo)線、絕緣子及橫擔(dān)，它按用途主要?jiǎng)澐譃橹本€桿、耐張桿、終端桿、轉(zhuǎn)角桿和分支桿多種，而按材料則劃分為水泥電線桿或木電線桿，可以說(shuō)電線桿所涉及的種類(lèi)繁多。

  在國(guó)內(nèi)，水泥電線桿則成為了三四線城市中隨處可見(jiàn)的一種電力設(shè)施，其排布方式整齊劃一，通訊效果也十分優(yōu)異，且成本方面相對(duì)來(lái)講較為低廉。

  但由于水泥屬于脆性材料，會(huì)在歷經(jīng)四五年的高溫及多番風(fēng)雨施虐后，表面較易裂開(kāi)。換言之，一旦有雨水或雪水滲進(jìn)桿體，腐蝕其內(nèi)部鋼筋，水泥電線桿便容易形成裂紋，甚至有垮塌風(fēng)險(xiǎn)。而在窮山惡水之地，更會(huì)縮短其使用壽命。如果碰上臺(tái)風(fēng)這種極為惡劣的天氣，哪怕是其他種類(lèi)（材料）的電線桿也可能存在安全隱患。

  我們將時(shí)光倒回2014年，強(qiáng)度高達(dá)十四級(jí)的臺(tái)風(fēng)“威馬遜” 勢(shì)不可遏，侵襲了整個(gè)廣東省。多根電線桿（包括多類(lèi)電線桿）及其相關(guān)電力設(shè)施在“威馬遜” 的施虐下嚴(yán)重受損，不但造成巨額的財(cái)產(chǎn)損失，還令大片區(qū)域停電，情況一度岌岌可危。

  事實(shí)上，電線桿會(huì)在任何環(huán)境中受到來(lái)自不同作用方向的載荷，臺(tái)風(fēng)這類(lèi)則屬于電線桿水平方向的風(fēng)載（水平載荷的一種）。除此外，整根電線桿需承受垂直載荷以及縱向載荷：垂直荷載包括導(dǎo)線、避雷線、金具、絕緣子、覆冰荷載和電線桿自重等；縱向載荷則有導(dǎo)線及避雷線的順線路方向不平穩(wěn)張力、安裝導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的緊線張力等。

  所以利用有限元分析方法，進(jìn)行模擬分析電線桿在特定載荷工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度是否符合設(shè)計(jì)要求，可對(duì)預(yù)防電線桿潛在的安全隱患提供更專(zhuān)業(yè)化、精準(zhǔn)化的重要依據(jù)。以下是CAE應(yīng)用解決方案專(zhuān)家元王為某企業(yè)做的電線桿有限元分析案例。

分析背景：

  分析電線桿在特定載荷的工況下，電線桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度是否符合設(shè)計(jì)要求。

分析要求：

  1.固定電線桿底端，在電線桿頂端施加800KN的載荷時(shí)，查看電線桿是否會(huì)損壞；

  2.固定電線桿底端，在水平面施加風(fēng)載，得出電線桿損壞時(shí)的風(fēng)載大??；

  3.固定電線桿底端及頂端，在電線桿頂端施加800KN的載荷，同時(shí)在水平面施加30m/s（562.5Pa）的風(fēng)載，查看電線桿是否會(huì)損壞。

FEA模型:

分析結(jié)果：

垂直向下

2#應(yīng)力云圖

3#應(yīng)力云圖 

3.5#應(yīng)力云圖

風(fēng)載（30m/s）

2#應(yīng)力云圖      

3#應(yīng)力云圖

3.5#應(yīng)力云圖  

組合載荷

2#應(yīng)力云圖    

3#應(yīng)力云圖 

3.5#應(yīng)力云圖  

  通過(guò)元王專(zhuān)業(yè)的有限元分析表明，電線桿在各種工況下，軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力均小于軸向強(qiáng)度（273MPa）、環(huán)向強(qiáng)度（211MPa），部件安全。

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