两分裂导线次档距振荡系统的分岔特性及极限环分析

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多分裂导线次档距振荡是背风子导线在尾流效应下引起的中频中幅自激振动,是导线在空气流动下产生的一种复杂流固耦合运动。多分裂导线广泛应用于输电工程中,而多分裂导线次档距振荡给输电带来严重的危害,为防止次档距振荡的发生,保证输电工程的安全运行,有必要对多分裂导线次档距振荡做深入的研究。国内外专家学者在架空输电导线风致振动的研究已经做了很多工作,通常使用风洞实验对分裂导线次档距振荡进行研究,考虑到风洞实验器材价格昂贵、研究周期长,而次档距振荡的理论研究及仿真计算不够深入。本文在对国内外次档距振荡文献调研的基础上,研究了两分裂导线次档距振荡系统的稳定性及其分岔现象。  首先,建立了两分裂导线次档距振荡的动力学方程,利用中心流形定理分析得到次档距振荡系统存在的两个Hopf分岔点,两个Hopf分岔点对应两个失稳风速,在两个失稳风速之间存在极限环响应,通过后继函数法的分析可知,两个Hopf分岔点对应的都是稳定的焦点。其次,针对两分裂次档距振荡系统,用增量谐波平衡法推导了求解次档距振荡高阶极限环响应的方程,得到极限环响应的前三次谐波响应。结果表明,导线次档距振荡只存在于一个风速区间范围内,随谐波次数的增加,高次谐波的影响明显减弱,一次谐波能够较好吻合Runge-Kutta数值计算结果。分析了档距和导线的初始位置对次档距振荡的影响,为抑制次档距振荡的发生提供技术支持。最后,利用 ANSYS Workbench中 Mechanical和FLUENT结构和流体分析软件实现两分裂导线次档距振荡流固耦合问题的求解,利用几何建模工程、流场分析工程、瞬态结构力分析、系统耦合分析四个模块对整个档距内的导线实现了两分裂导线次档距振荡动力学响应的研究,对不同风速下两分裂导线次档距振动现象做了详细的分析。  本文通过对两分裂导线次档距振荡系统的分岔特性及极限环的研究,揭示了次档距振荡的振动机理,分析了环境参数和结构参数对次档距振荡的影响,为分裂导线次档距振荡的抑制提供了参考,具有重要的理论意义和应用价值。
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