大跨越高压输电塔-线体系覆冰断线的冲击动力学理论与数值模拟研究

大跨越高压输电线路覆冰是一种严重的自然灾害，覆冰断线冲击和振荡会引起倒塔，导致供电线路瘫痪，造成巨大经济损失。本项目针对典型气象区，给出雨凇覆冰模型的确切表达式，进一步提出杆塔和导（地）线非均匀覆冰力学模型；从能量角度出发建立覆冰导（地）线断线振动的能量泛函，利用变分方法构建冲击动力学理论体系；制作500KV大跨越输电塔-线体系试验模型，通过试验研究覆冰导（地）线断线的冲击荷载及冲击响应；建立大跨越高压输电塔线体系的精细化有限元模型，考虑导（地）线和杆塔覆冰以及塔线之间的耦合，研究导（地）线断线、跌落以及与地面碰撞摩擦过程中的冲击荷载和冲击响应，对断线冲击和倒塔全过程进行数值模拟。本项目采取理论研究、模型试验和数值分析相互验证的方法，揭示大跨越高压输电线路覆冰断线冲击、倒塔破坏机理，为大跨越高压输电线路的设计、加固及防灾减灾提供理论依据，对修订和完善高压输电线路设计标准具有重要指导意义。

本项目主要研究工作和取得的成果如下：.(1) 在国内外已有的覆冰模型基础上，针对雨凇覆冰过程，通过引入碰撞系数、冻结系数和收集系数给出了导线均匀覆冰和非均匀覆冰的覆冰重量和覆冰厚度预测模型，研究了在不同过冷却水滴中值体积直径、风速以及导线直径情况下覆冰量随时间的变化规律。通过与已有的覆冰模型相比较，该模型能够获得满意的预测结果。.(2) 以等效单根导线代替分裂导线，利用能量方法，建立了覆冰断线的冲击动力学理论模型。以某大跨越高压输电线路的一个典型耐张段为例，应用该模型计算了导（地）线覆冰断线和未覆冰断线工况下对铁塔造成的冲击响应，取得了满意的效果。该理论模型可为大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力响应试验分析与数值计算提供理论依据，为高压输电线路冰灾倒塔破坏机理研究提供重要理论基础。.(3) 在国内率先开展了模拟覆冰条件下三塔四线体系输电线路模型的断线冲击响应试验，该试验方法准确有效地研究了高压输电线路覆冰断线工况下的动力响应。试验测得了输电塔关键位置处杆件的应变时程曲线，通过分析得出了输电杆塔的最不利断线工况，找出了输电塔在断线冲击作用下的最不利位置，为输电塔结构抗冰灾设计提供了有价值的参考。.(4) 以试验模型为依据，建立大跨越高压输电塔线体系覆冰精细化有限元模型，模拟导（地）线瞬间断线、导（地）线自由跌落过程，计算不同断线工况下冲击荷载对输电塔各部分主要构件的冲击作用，得到冲击响应和冲击系数。. 本项目发表学术论文15篇，其中被EI收录9篇，ISTP收录1篇，获省级科技进步二等奖1项，申请发明专利1项，培养研究生8人。