Помощь студентам в учебе
Динамический расчет участка ЛЭП в Симферопольском районе Республики Крым
|
АННОТАЦИЯ 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи 11
1.1. Опоры ЛЭП 11
1.2. Нормативные документы по расчету ЛЭП в РФ 14
1.2.1. Своды правил (СП) 14
1.2.2. Правила устройства электроустановок 15
1.3. Классы нелинейных задач и методы их решения 15
1.4 Метод конечных элементов (МКЭ) 18
1.5. Нагрузки и их сочетания на ЛЭП 20
1.6. Программные комплексы для расчета ЛЭП 24
1.6.1. ПКЛЭП 24
1.6.2 ПК Лира-САПР 30
1.6.3 ANSYS 32
2. Описание объекта исследования 35
2.1 Краткая характеристика объекта 35
2.2. Природно-климатические условия строительства 36
2.3 Характеристика сейсмичности территории 37
2.4 Технико-экономическая характеристика участка ЛЭП 38
3. Расчетная динамическая модель участка ЛЭП 39
3.1 Геометрическая и конечно-элементная модели 39ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи 11
1.1. Опоры ЛЭП 11
1.2. Нормативные документы по расчету ЛЭП в РФ 14
1.2.1. Своды правил (СП) 14
1.2.2. Правила устройства электроустановок 15
1.3. Классы нелинейных задач и методы их решения 15
1.4 Метод конечных элементов (МКЭ) 18
1.5. Нагрузки и их сочетания на ЛЭП 20
1.6. Программные комплексы для расчета ЛЭП 24
1.6.1. ПКЛЭП 24
1.6.2 ПК Лира-САПР 30
1.6.3 ANSYS 32
2. Описание объекта исследования 35
2.1 Краткая характеристика объекта 35
2.2. Природно-климатические условия строительства 36
2.3 Характеристика сейсмичности территории 37
2.4 Технико-экономическая характеристика участка ЛЭП 38
3. Расчетная динамическая модель участка ЛЭП 39
3.1 Геометрическая и конечно-элементная модели 39
3.2 Нагрузки и сочетания нагрузок на ЛЭП 41
4. Статический и динамический расчёты участка ЛЭП 44
4.1 Статический расчет 44
4.1.1 Расчет опоры ЛЭП, проводов и тросов 44
4.2 Динамический расчет 49
4.2.1 Характеристики собственных колебаний РДМ 49
4.2.2 Расчет на действие ветровой нагрузки 51
4.2.3 Расчет на сейсмическое воздействие 54 4.3 Конструирование опоры ЛЭП в ПК Лира-САПР 57
4.3.1 Конструирование опоры в нормальном режиме работы 57
4.3.2 Конструирование опоры на особое сочетание нагрузок 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А. План участка ЛЭП 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Профиль участка ЛЭП 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Гирлянды изоляторов 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Механический расчет провода и троса 71
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи 11
1.1. Опоры ЛЭП 11
1.2. Нормативные документы по расчету ЛЭП в РФ 14
1.2.1. Своды правил (СП) 14
1.2.2. Правила устройства электроустановок 15
1.3. Классы нелинейных задач и методы их решения 15
1.4 Метод конечных элементов (МКЭ) 18
1.5. Нагрузки и их сочетания на ЛЭП 20
1.6. Программные комплексы для расчета ЛЭП 24
1.6.1. ПКЛЭП 24
1.6.2 ПК Лира-САПР 30
1.6.3 ANSYS 32
2. Описание объекта исследования 35
2.1 Краткая характеристика объекта 35
2.2. Природно-климатические условия строительства 36
2.3 Характеристика сейсмичности территории 37
2.4 Технико-экономическая характеристика участка ЛЭП 38
3. Расчетная динамическая модель участка ЛЭП 39
3.1 Геометрическая и конечно-элементная модели 39ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. Обзор состояния вопроса и постановка задачи 11
1.1. Опоры ЛЭП 11
1.2. Нормативные документы по расчету ЛЭП в РФ 14
1.2.1. Своды правил (СП) 14
1.2.2. Правила устройства электроустановок 15
1.3. Классы нелинейных задач и методы их решения 15
1.4 Метод конечных элементов (МКЭ) 18
1.5. Нагрузки и их сочетания на ЛЭП 20
1.6. Программные комплексы для расчета ЛЭП 24
1.6.1. ПКЛЭП 24
1.6.2 ПК Лира-САПР 30
1.6.3 ANSYS 32
2. Описание объекта исследования 35
2.1 Краткая характеристика объекта 35
2.2. Природно-климатические условия строительства 36
2.3 Характеристика сейсмичности территории 37
2.4 Технико-экономическая характеристика участка ЛЭП 38
3. Расчетная динамическая модель участка ЛЭП 39
3.1 Геометрическая и конечно-элементная модели 39
3.2 Нагрузки и сочетания нагрузок на ЛЭП 41
4. Статический и динамический расчёты участка ЛЭП 44
4.1 Статический расчет 44
4.1.1 Расчет опоры ЛЭП, проводов и тросов 44
4.2 Динамический расчет 49
4.2.1 Характеристики собственных колебаний РДМ 49
4.2.2 Расчет на действие ветровой нагрузки 51
4.2.3 Расчет на сейсмическое воздействие 54 4.3 Конструирование опоры ЛЭП в ПК Лира-САПР 57
4.3.1 Конструирование опоры в нормальном режиме работы 57
4.3.2 Конструирование опоры на особое сочетание нагрузок 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А. План участка ЛЭП 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Профиль участка ЛЭП 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Гирлянды изоляторов 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Механический расчет провода и троса 71
Тема - «Динамический расчет участка ЛЭП в Симферопольском районе Республики Крым»
Актуальность темы
Современные отечественные методики, позволяющие выполнять расчёты ЛЭП, основаны на использовании эмпирических коэффициентов [1]. При этом рассматривается простая расчётная модель опоры ЛЭП, без примыкающих к ней проводов и тросов, без учёта близстоящих опор ЛЭП и т.д. Такая постановка вопроса позволяет выполнить расчёта опор ЛЭП в приближённом виде. Более точное решение можно получить при решении задачи с более точной и детализированной моделью участка ЛЭП, включающей в себя наличие проводов и тросов, грунтовых условий и др. Такое моделирование позволяет выполнить широко распространённый метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий решать задачи при динамических и статических нагрузках, а также с учётом нелинейной работы материала и конструкций (физическая, геометрическая нелинейности).
Цель работы:
Выполнить расчёт участка ЛЭП в Симферопольском районе Республики Крым при действии динамической нагрузки (ветровая пульсация, сейсмическое воздействие) с учётом геометрически нелинейной работы конструкции.
Задачи:
1) создать конечно-элементную модель участка ЛЭП в программных комплексах «Лира-САПР» и ANSYS;
2) выполнить модальный анализ модели опоры ЛЭП с учётом и без учёта примыкающих проводов в указанных ПК и сопоставить частоты и формы собственных колебаний обоих вариантов модели;
3) выполнить прочностной расчёт модели в указанных ПК на действие статических (собственные веса конструкций опор, гирлянд изоляторов, проводов и тросов, наледи на провода и т.д.) и динамических (ветровой и сейсмической) нагрузок с учётом геометрической нелинейности (провис проводов);
4) сравнить результаты конечно-элементного прочностного расчёта с результатами расчёта в ПК «САПР-ЛЭП»;
5) выполнить конструирование отдельных элементов модели опоры ЛЭП с примыкающими проводами и оценить полученные результаты в сравнении данными типового проектаОбъект и предмет исследования
Объектом исследования в настоящей работе является участок ЛЭП (4 стальные опоры и провода с тросами, подвешенные между ними), в качестве предмета исследования рассматриваются деформации и ВСФ при статическом и динамическом нагружениях, а также характеристики собственных колебаний конструкций.
Метод исследования
Современный приближённый метод для прочностных расчётов - метод конечных элементов.
Достоверность результатов диссертации подтверждается современными методами исследования и обработки результатов, адекватностью принятых математических моделей, а также апробированных методов динамики систем, реализованных в ПК «ЛИРА-САПР», ANSYS и «САПР-ЛЭП».
Научная новизна
Расчёт конструкций опоры ЛЭП не как отдельного объекта, а входящей в состав участка ЛЭП - совместно с рядом стоящими опорами и примыкающими проводами и тросами.
Практическая значимость
Результаты работы имеют практическую значимость для проектирования более прочных и надёжных конструкций ЛЭП.
Положения, выносимые на защиту
1) расчётные модели конструкций участка ЛЭП;
2) сравнительный анализ результатов расчета;
3) результаты конструирования элементов опоры ЛЭП.Апробация диссертационного исследования
Основные результаты исследования были представлены на 71-ой студенческой конференции Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2018 г.).
Личный вклад автора
1) создание расчётной модели участка ЛЭП в ПК «Лира-САПР», ANSYS и «САПР-ЛЭП» и выполнение соответствующих расчётов;
2) обработка, анализ и оформление полученных результатов расчётов;
3) подготовка материалов для участия в конференции.Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 31 наименований, и представлена на 60-и страницах машинописного текста. В работу включены 36 рисунков и 12 таблиц.
Актуальность темы
Современные отечественные методики, позволяющие выполнять расчёты ЛЭП, основаны на использовании эмпирических коэффициентов [1]. При этом рассматривается простая расчётная модель опоры ЛЭП, без примыкающих к ней проводов и тросов, без учёта близстоящих опор ЛЭП и т.д. Такая постановка вопроса позволяет выполнить расчёта опор ЛЭП в приближённом виде. Более точное решение можно получить при решении задачи с более точной и детализированной моделью участка ЛЭП, включающей в себя наличие проводов и тросов, грунтовых условий и др. Такое моделирование позволяет выполнить широко распространённый метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий решать задачи при динамических и статических нагрузках, а также с учётом нелинейной работы материала и конструкций (физическая, геометрическая нелинейности).
Цель работы:
Выполнить расчёт участка ЛЭП в Симферопольском районе Республики Крым при действии динамической нагрузки (ветровая пульсация, сейсмическое воздействие) с учётом геометрически нелинейной работы конструкции.
Задачи:
1) создать конечно-элементную модель участка ЛЭП в программных комплексах «Лира-САПР» и ANSYS;
2) выполнить модальный анализ модели опоры ЛЭП с учётом и без учёта примыкающих проводов в указанных ПК и сопоставить частоты и формы собственных колебаний обоих вариантов модели;
3) выполнить прочностной расчёт модели в указанных ПК на действие статических (собственные веса конструкций опор, гирлянд изоляторов, проводов и тросов, наледи на провода и т.д.) и динамических (ветровой и сейсмической) нагрузок с учётом геометрической нелинейности (провис проводов);
4) сравнить результаты конечно-элементного прочностного расчёта с результатами расчёта в ПК «САПР-ЛЭП»;
5) выполнить конструирование отдельных элементов модели опоры ЛЭП с примыкающими проводами и оценить полученные результаты в сравнении данными типового проектаОбъект и предмет исследования
Объектом исследования в настоящей работе является участок ЛЭП (4 стальные опоры и провода с тросами, подвешенные между ними), в качестве предмета исследования рассматриваются деформации и ВСФ при статическом и динамическом нагружениях, а также характеристики собственных колебаний конструкций.
Метод исследования
Современный приближённый метод для прочностных расчётов - метод конечных элементов.
Достоверность результатов диссертации подтверждается современными методами исследования и обработки результатов, адекватностью принятых математических моделей, а также апробированных методов динамики систем, реализованных в ПК «ЛИРА-САПР», ANSYS и «САПР-ЛЭП».
Научная новизна
Расчёт конструкций опоры ЛЭП не как отдельного объекта, а входящей в состав участка ЛЭП - совместно с рядом стоящими опорами и примыкающими проводами и тросами.
Практическая значимость
Результаты работы имеют практическую значимость для проектирования более прочных и надёжных конструкций ЛЭП.
Положения, выносимые на защиту
1) расчётные модели конструкций участка ЛЭП;
2) сравнительный анализ результатов расчета;
3) результаты конструирования элементов опоры ЛЭП.Апробация диссертационного исследования
Основные результаты исследования были представлены на 71-ой студенческой конференции Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2018 г.).
Личный вклад автора
1) создание расчётной модели участка ЛЭП в ПК «Лира-САПР», ANSYS и «САПР-ЛЭП» и выполнение соответствующих расчётов;
2) обработка, анализ и оформление полученных результатов расчётов;
3) подготовка материалов для участия в конференции.Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка, состоящего из 31 наименований, и представлена на 60-и страницах машинописного текста. В работу включены 36 рисунков и 12 таблиц.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были созданы конечно-элементные модели участка ЛЭП в программных комплексах Лира- САПР и ANSYS.
Выполнен модальный анализ отдельно опоры, а также всего участка ЛЭП. Результатом анализа являются формы собственных колебаний и соответствующие им частоты. Погрешность обоих расчетов не превысила 3%.
Выполнен прочностной расчет модели в ПК Лира-САПР и ANSYS на действие статических и динамических нагрузок с учетом геометрической нелинейности (провис проводов). Сравнение результатов показало, что расчеты сопоставимы.
Был произведен механический расчет провода и троса в ПК САПР-ЛЭП и проведено сравнение расчета проводов и тросов с результатами, полученными в программных комплексах Лира-САПР и ANSYS. Разброс максимальных результатов получился 1-2 метра. В целом результаты сопоставимы.
Выполнено конструирование элементов опоры ЛЭП в программном комплексе Лира-САПР на работу участка ЛЭП в нормальном режиме, а также на действие сейсмических сил. Результаты показали, что запас прочности элементов опоры ВЛ, назначенных по типовому проекту, обеспечен в нормальном режиме. Однако по результатам конструирования элементов опоры при сейсмическом воздействии прочность конструкции по 1ПС не обеспечивается 24% , необходимо усиление элементов опоры.
Выполнен модальный анализ отдельно опоры, а также всего участка ЛЭП. Результатом анализа являются формы собственных колебаний и соответствующие им частоты. Погрешность обоих расчетов не превысила 3%.
Выполнен прочностной расчет модели в ПК Лира-САПР и ANSYS на действие статических и динамических нагрузок с учетом геометрической нелинейности (провис проводов). Сравнение результатов показало, что расчеты сопоставимы.
Был произведен механический расчет провода и троса в ПК САПР-ЛЭП и проведено сравнение расчета проводов и тросов с результатами, полученными в программных комплексах Лира-САПР и ANSYS. Разброс максимальных результатов получился 1-2 метра. В целом результаты сопоставимы.
Выполнено конструирование элементов опоры ЛЭП в программном комплексе Лира-САПР на работу участка ЛЭП в нормальном режиме, а также на действие сейсмических сил. Результаты показали, что запас прочности элементов опоры ВЛ, назначенных по типовому проекту, обеспечен в нормальном режиме. Однако по результатам конструирования элементов опоры при сейсмическом воздействии прочность конструкции по 1ПС не обеспечивается 24% , необходимо усиление элементов опоры.
