基于有限质点法的下击暴流作用下输电塔-线体系倒塌模拟

【摘要】：下击暴流作用下输电塔-线体系倒塌全过程中,涉及到了诸多方面的结构复杂行为,比如动力响应、几何非线性、材料非线性、断裂、碰撞和接触等。对比传统有限元方法与有限质点法求解分析结构的复杂行为,后者有着明显的优势。以国内外研究学者在下击暴流荷载以及将其作用于输电塔-线体系的研究成果为基础,基于有限质点法,以MATLAB软件为分析计算工具,建立输电塔-线体系模型,模拟分析下击暴流作用下体系的倒塌。本文的主要研究工作如下:阐述了有限质点法的基本概念,建立了质点运动方程并求解,讨论了斜坡加载时间、虚拟阻尼因子取值以及方向角更新与否对计算结果的影响。斜坡加载时间较长、虚拟阻尼因子取值越大可视为结构受到静力作用,对于大变形结构的计算需要更新方向角。介绍了下击暴流的基本特征和数值模拟方法,下击暴流风载可由平均成分和脉动成分表示,其平均成分采用时变平均风速模拟,其脉动成分采用谐波叠加法。以一简单的体系为例,合成所需下击暴流荷载,基于有限质点法求得体系在下击暴流作用下的动力响应。建立了输电塔单塔模型,基于有限质点法进行静力分析和动力响应,同传统有限元计算结果对比,验证输电塔模型以及MATLAB自编程序的正确性。以此为基础建立输电塔-线体系模型,合成相应的下击暴流荷载,进行输电塔-线体系的动力响应分析,输电线使得输电塔响应更剧烈。定义了材料破坏准则、结构破坏模式和结构构件破坏后的计算方法,分别模拟了输电塔单塔和输电塔-线体系在下击暴流作用下的倒塌全过程,对比分析两结构体系的倒塌形态和内力变化,进一步说明输电线对输电塔的影响,不能忽略输电线对输电塔的作用。