电网支柱瓷绝缘子作为输变电系统中的重要组成部分,起着电气绝缘和机械支撑的作用,在长期服役过程中受到顶端隔离开关经常性切换产生的弯曲荷载和恶劣环境的偶然作用,其机械性能将出现降低,另外瓷柱本身在制造过程中可能残留缺陷,以及胶装工艺和水泥膨胀等问题,很容易发生断裂故障,特别是在下法兰连接处出现的最多。而瓷绝缘子法兰通常由陶瓷、金属附件、水泥和涂覆在胶装面上的沥青缓冲层组成。因此,本文应用多相复合材料与结构研究思路,综合考虑导致支柱瓷绝缘子机械性能下降的内、外部因素,研究了瓷绝缘子法兰的断裂机理及瓷绝缘子多相材料之间的参数匹配性能。首先基于通用有限元软件ABAQUS,分别对水泥胶合剂收缩、膨胀荷载,风荷载和温度荷载作用下的支柱瓷绝缘子进行了仿真计算和应力响应分析。结果表明,水泥胶合剂发生收缩或膨胀时,会在瓷柱法兰口连接处产生剪切应力,且水泥胶合剂膨胀荷载引起的应力值高于收缩荷载。在风荷载作用下,瓷柱的最大弯曲应力随风速的增加而增大,风速越高,随之增大的速率也越快;弯曲应力分布由里及外、由上到下逐渐增加,伞裙根部因倒角的存在,有应力集中。因材料间温度线膨胀系数不同而在温度变化时引起的瓷柱热应力,最大值均发生在上下法兰口连接处,温度降低时表现为拉应力,而温度升高时表现为压应力;温度降低时的第一主应力值及变化程度要大于温度升高的情况。当在瓷柱表面和金属法兰内表面涂抹一层0.7mm厚的沥青缓冲层时,能够最有效地缓冲瓷柱的热应力,在低温环境下,应力值降低了35.47%。其次,根据试验规范,先后对同批次支柱瓷绝缘子进行了温度循环试验和弯曲破坏负荷试验,获得了其弯曲破坏负荷值、裂纹萌生位置、裂纹扩展方向、断裂方式等信息,通过采集的试验数据为后续三维断裂模拟提供了对比和验证。再次,通过内聚力单元嵌入算法,使用Python语言对.inp文件进行处理,嵌入零厚度内聚界面单元,可以模拟瓷绝缘子裂纹由瓷柱法兰口连接处的界面萌生、汇聚,迅速沿着断裂面向瓷柱内部扩展,直至整个试件破坏。结果显示,瓷柱胶装高度连接处为试件的薄弱位置,断裂多从此处开始扩展,与试验结果基本一致。陶瓷内聚界面单元断裂参数分析结果表明,增加陶瓷柱界面极限应力、刚度,均能在一定范围内提高瓷绝缘子的承载能力,而断裂能的影响相对较小。最后,基于Isight优化平台,研究了支柱瓷绝缘子在弯曲荷载和温度荷载共同作用下,四相材料参数的匹配性能,并获取了材料优化匹配参数,使得瓷柱第一主应力降低了10.92%。而且,针对金属法兰可能存在的设计裕度过大、材料成本浪费的问题,对其结构几何参数也进行了优化,使其质量减轻了20.07%。本文研究可为改进支柱瓷绝缘子的参数匹配性能,进而提高承载力,增加服役寿命提供参考。