瓷支柱绝缘子ANSYS仿真.docx

项目总结电气 0912 班 卢晨我主要负责仿真部分，故主要对仿真过程中遇到的困难及所得到的仿真结果 进行总结，对于支柱绝缘子的性质及目前采用的探伤方法等省略不述一、建模采用自底向上的建模方法，先定义关键点，然后由点到线、到面、再到体， 完成支柱绝缘子的模型建立数据采用华北电力大学硕士学位论文《瓷支柱绝缘 子振动声波探伤的初步研究》中数据进行模拟最后数据应采用所研究的支柱绝 缘子所提供的数据经过计算得到应计算的参数有伞数、总高、最大伞径、上下 安装孔尺寸等对于支柱绝缘子所用的材料的物理性质也要有所了解，以配合仿真例如陶 瓷部分及铸铁部分的单元类型、弹性模量、泊松比、密度及波速等在本次仿真 中采用数据如下：陶瓷：采用Solid65单元类型杨氏模量7.3X1OioN/m2波松比为 0.38波速为 3.ixi03m/s密度为 7.6xi03kg/m3单元类型:Solid 65三维钢筋混凝土实体单元，能够计算拉裂和压碎；在混凝土应用中，该单元 的实体功能可以用于建立混凝土模型，同时，还可用加筋功能建立钢筋混凝土模 型；该单元由八个节点定义，每个节点有三个自由度：节点坐标系的 x、 y 、z 方向的平动。

本混凝土单元与 SOLID45 （三维结构实体）单元类似，只是增加了 特别的断裂和压碎功能；所建立的混凝土模型具有断裂（沿三个正交方向）、压 碎、塑性变形和蠕变功能；钢筋模型具有拉伸和压缩功能，没有剪切功能—不推荐）铸铁部分：采用 Solid186 单元类型 杨氏模量 1.05X10iiN /rm 波松比为 0.28波速为 3.7X103m/ s 密度 7.7xi03kg/ m3设置方法为：选择主菜单中的Preprocessor / Material Props / Material Models命令，弹出Defi ne Material Model Behavior对话框，依次双击右边的 Material Models Available 列表框中的 Structural / Lin ear / Elastic Isotropie 选项，在随之弹出的 Li near Isotropic Properties for Material Number对话框中输入材料的弹性模量和泊松比完成后，点击Fluids/Viscosity 选项，在对话框中输入波速完成后点击Acoustics/De nsity选项，输入密度。

因为在An sys中对于各物理量的单位没有要求，因此只要符合一统一标准即可， 但是需用e表示设置好属性后，在主菜单中选择Prepeocessor菜单，在展开的子菜单项中选 择Element Type，展开下面的子菜单项，选择Add / Edit / Delete命令，弹出 Eleme nt Type对话框，单击Add按钮，添加单元，弹出Library of Eleme nt Type 对话框，可以看到Library of Eleme nt Type列表框中所提供的单元类型将材 料与单元属性匹配即可具体的匹配过程，在网格划分时通过人为选择完成通过支柱绝缘子的具体数据，通过画图完成建模完成后的图形如下：所用的支柱绝缘子尺寸为：型号爬电距 离(mm)伞 数总高（mm ）最大伞径(mm )上安装孔(mm )下安装孔(mm)总重(炬)5a2ZS-40. 5/860054201921404-0121804-G1418关键点的生成：选择主菜单命令Preprocessor / Modeling / Create / Keypoints / In Active CS 打开如图所示的 Creat Keypoi nts in Active Coordi nate System对话 框。

以当前激活坐标系为参照输入关键点坐标，单击0K按钮则该关键点被创建， 如果要连续定义几个关键点，输入坐标后单击Apply按钮，然后继续下一个关键 点坐标的输入在此，0）， k（0．40）， K（0．70）， K （0．100）， K （0．13 K （0 ．39 ，160）， K （0．20需要创建关键点:K （0，0，O），K （0,0. 116, O），K （0. 03, 0. 116,1 2 303， 0. 06， O）， K（0. 07875， 0. 06， 0）， K（O. 07875， 0. 054，56105， 0. 054， 0） ， K（0. 1082， 0. 08645， 0） ， K（0. 105， 0. 096， 89116， 0. 096， 0）， K （0. 135， 0. 054， 0）， K （0. 1575， 0. 054，11 123675， 0. 054， O）， K （O. 3675， 0. 06， O）， K （0. 39， 0. 06， 0）， 14 150. 09， 0） ， K （0. 42， 0. 09， 0） ， K （0. 42， 0， 0） ， K （0. 06， 0， 17 18 1906， 0. 054， 0） ， K （0. 38， 0. 054， 0） ， K （0. 38， 0. O）21 22线的生成：选择主菜单命令 Preprocessor / Modeli ng / Create / Li nes / Lin es/In Active Coord，选择两个已有的关键点即可定义。

先建立直线LSTRl-2, LSTR2-3, LSTR3-4， LSTR4-5， LSTR5-6， LSTR6-7， LSTRI 1-12， LSTRl3-14， LSTRl4-15， LSTRl5-16， LSTRl6-17， LSTRl7-18， LSTR20-6， LSTRl9-20， LSTRl3—2l ， LSTR21-22， LSTRl8-22， LSTR22-19， LSTRl9-1 其次，生成曲线选择主菜单Preprocessor / Modeli ng / Create /Lin es/Spli nes/Spli nes thru KPs，依次选择处于样条曲线上的关键点，单击 OK按钮，即可生成曲线再次，建立与已知两线(曲线和直线)相切的曲线选择主菜单Preprocessor / Modeli ng/Create/Li nes/Li nes / Ta n to 2 lines,首先选中已知线，点击 Apply,然后点击要与该线相切的关键点，点击Apply,再次，选中另一条已知线, 点击要与该线相切的关键点，点击OK,这样与两条已知线同时相切的线即会被建 立起来最后，复制曲线.选择主菜单Preprocessor / Modeli ng/Copy/Li nes,选 中由关键点7、8、9、10、1 1、12组成的曲线，出现Copy Lines图框5BIBZOK［血町I**o£fset in CST-offsftt in active C5TTIIII - loftber of dopi曲 刁广 孑KWC Keypoint lncrem^t 一 ■ •:f ■；，「—「严加：匕芬谿嚷汙卫沖?戈壬烫関:-摻丫再•:目…巒沁SUELJIV It#*T H 戯吋礁?岭Z-offset in *ctivi OSCftncel...,0.0525(『” j J ： £ ' 7 :…：、A w 丄， > .严宀二；「 ” /J館紬够滋 純曙幅桦璃灣籟孩够鹼:酒嗨茲诗切际滲7需够影彰易 F :‘心旳鳥一 ■ ■■ ” '■.£ ,;，/$：、- 「.…一一一 1; *"' 7 ■■ >■■'”复制的个数为4个，但是在这里要填5，它的本身是算在其中的，因为伞与伞 之间的距离是0. 0525研，因此在X方向输入间距0. 0525,点击0K，这样就会复 制出所要的曲线。

复制完以后，要利用主菜单Preprocessor / Modeli ng / Operate / Booleans / Glue / Lines把所有的线粘在一起面的生成：选择主菜单命令 Preprocessor / Modeli ng / Create / Areas / Arbitrary / By Lines,依次选择组成面的闭合的线，即可得到面体的生成：采用面绕轴旋转拉伸生成体，选择主菜单命令Prepeocessor / Operate / Extrude / Areas / About Axis，以中轴线为轴旋转360度得到体打孔：首先，选择 WorkPla ne,点击 offset WP by In creme nts,出现 Offset WP 对 话框，在X, Y，Z Offsets输入(0, 0. 09, O)，在XY, YZ, ZX Angles输入0, 90, 90,点击OK,坐标将移动到此处(0,0.09,O),坐标系将随之旋转0X, Y, Z Offsets 表示工作平面在原有坐标原点下向X,Y,Z轴移动的位移，有正负之分XY, YZ, ZXAngles表示XY平面绕Z轴旋转角度、YZ平面绕X轴旋转角度、ZX平面绕丫轴旋转 角度。

将工作平面移动到所需位置后，选择主菜单Preprocessor / Modeli ng/ Create/Volumes / Cyli nder/Solid Cyli nder，出现对话框 Solid Cyli nder,输 入半径0．007，厚0．03，这样就会产生一个圆柱然后，点击最上方的Workplane/Offset WP to/Global Origin,工作平面被 移回原点，再根据需要重新设定，以得到后面七个圆柱体当然，也可以根据前 一次移动后得到的结果直接输入增量得到下一个工作平面，但我认为第一种方法 较为准确网格划分：网格划分前先要定义单元属性，其定义方法在开头部分已经介绍过，故不再 赘述首先，在最上方的Select选择en tities选择Volumes，点击OK，选中将要划 分的体，利用主菜单命令Prerocessor / Meshi ng / Mesh Attributes将单元类型、 材料类型和几何实体模型相对应起来，即将铸铁与陶瓷部分的单元类型、材料类 型与几何实体模型相对应起来'其次，选择主菜单命令 Preprocessor / Meshi ng/Mesh Tool,弹出 Mesh T001 分网工具对话框，在Element Attributer设置单元属性，此处选择Volumes。

选 中Smart size复选框，通过下方的滑块进行Smart size分网水平的扌空制，数字越 大，说明将来划分的网格越粗糙，反之，越小，网格划分的越细此文中划分陶 瓷部分和铸铁部分均是选择的4,在Mesh复选框设置单元形状，此处选择Teto最 后，点击Mesh按钮，划分网格，对于陶瓷部分和铸铁部分分开划分网格，方法一样 完成上述步骤即可获得划分好的模型二、求解根据论文中的思路，我先运用了瞬态动力学分析，并选择完全法进行求解， 但是并没有得到论文中的理想结果在查阅了其他的有关An sys求解方法并结合 实际试验，采用了模态分析的方法进行了求解，但时间仓促并没有进行大量的模 拟，只得到了完整的支柱绝缘子（无裂纹）的少数数据，与实验数据相比，验证 了其可行性在此，对于动力学分析，因其方法复杂且结果不理想，故不进行详 细描述，只列出用模态分析的方法ANSYS中的模态分析是一个线性分。