特高压钢管塔的优化设计

论文摘要

近年来发达国家大负荷杆塔大部分开始采用钢管塔结构,它具有空气动力学性能好,受力各向同性,截面抗弯刚度大,受压稳定定性高等优点。因此,高压输电塔开始采用钢管构件,不但可以减少塔身风载荷,还能充分均衡地发挥材料的力学性能,减少杆件长度,提高构件的稳定性。但是也面临着许多问题,输电塔要承受着风致振动、地震等自然灾害,铁塔结构的设计一旦不能满足强度要求,就会发生破环。在保证结构足够的安全裕度,增加结构的材料用量,就提高了工程造价,因此就需要对输电塔进行结构优化。主要研究内容如下:简要介绍输电塔结构的基本概念,建模的基本思想,平衡方程的建立,建立有限元模型,受力特点分析。利用有限元分析软件ANSYS建立输电塔的模型,在风载荷的作用下,分析铁塔的受力特点,以及稳定性分析。在满足结构安全要求的前提下,以铁塔的最大内应力最低为优化目标,以结构的截面尺寸为设计变量,采用正交试验设计方法,以钢管直径、长细比、径厚比为自变量建立正交表,对不同参数下的结果进行方差分析,从而得出铁塔设计的横截面尺寸参数。本文利用有限元软件对铁塔进行分析,并对铁塔截面积进行优化设计,为实际工程应用提供了参考,也在铁塔的优化设计起到一定的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 特高压输电塔的发展状况
• 1.2.2 特高压输电塔的优化状况
• 1.2.3 输电塔的结构优化方法的发展历史及研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 高压铁塔
• 2.1 铁塔简介
• 2.2 铁塔建模基本思想
• 2.3 平衡方程的建立
• 2.3.1 单元刚度矩阵
• 2.3.2 坐标变换
• 2.3.3 建立平衡方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 铁塔受力分析
• 3.1 ANSYS软件简介
• 3.2 铁塔有限元模型
• 3.2.1 单元选取
• 3.2.2 有限元模型的建立
• 3.3 铁塔载荷
• 3.4 铁塔受力分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 输电塔优化原理
• 4.1 输电塔优化数学原理
• 4.1.1 输电塔的自变量的选取
• 4.1.2 输电塔的优化目标及优化方案
• 4.1.3 输电塔动力约束下的优化目标及方案
• 4.2 正交试验设计
• 4.2.1 正交试验设计简介
• 4.2.2 正交表的构造
• 4.2.3 正交表的基本性质
• 4.2.4 正交试验设计的基本步骤
• 4.2.5 正交试验设计的方差分析
• 4.3 正交试验方案设计及试验
• 4.3.1 确定试验指标
• 4.3.2 确立试验因素并挑取合适的水平
• 4.3.3 选正交表、进行表头设计，制定试验方案
• 4.3.4 正交试验结果
• 4.4 结果分析
• 4.5 多元线性回归简介
• 4.5.1 数学模型
• 4.5.2 线性回归参照的最小二乘估计
• 4.6 优化目标的实现
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢