基于小波包分析的输电塔螺栓松动损伤识别研究

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随着我国电力需求的不断增长,远距离输电线路的发展势在必行,我国出现了越来越多的大跨度输电塔线系统。这些塔线系统的主要特点是大跨度和高度较高,导致对各种环境荷载敏感。输电塔是输电线路的重要组成部分,其可靠性对输电线路的安全影响很大。近年以来我国出现了许多大风导致的输电塔倒塌的灾害,这些灾害严重影响了国民经济和社会。螺栓松脱是最常见的风荷载作用下的受灾形式。螺栓松脱之后,杆塔受力结构完全改变,在导线舞动的作用下容易引发杆塔变形或倒塔事故。因此,判断输电塔节点板上螺栓松动的损伤程度,可以及时检修和加固,这对于保证输电杆塔的结构安全和正常运作具有重要意义。本文通过小波包分解得到的小波包能量构建损伤识别指标,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,提出了一种判断输电塔节点板上螺栓松动损伤程度的方法,并将其应用到不同的研究对象上进行验证。主要研究内容和成果如下:1.用ABAQUS软件建立了输电塔多尺度模型,在环境荷载作用下对输电塔结构进行螺栓松脱损伤识别,选取输电塔塔腿的一块节点板进行分析,提出用小波包总能量变化率RES(the change rate of total energy)作为损伤识别指标,将测点处提取到的动应变数据带入小波包分解计算出损伤识别指标RES,结果表明测点处的应变对其附近的螺栓是否发生松动较为敏感,并把五个测点所得到的指标综合起来分析,得出所有工况下五个测点RES的最小值指标可以有效识别出节点板是否发生损伤以及损伤程度,即轻度损伤和重度损伤。2.以课题组制作的输电塔模型为试验对象,对数值模拟相对应的塔腿处一块节点板进行试验。使用高精度的PVDF(聚偏二氟乙烯,polyvinylidene difluoride)压电薄膜作为数据采集工具,以基于物联网技术的无线传感器为传输设备,采用激振器对输电塔的底部施加白噪声激励来模拟环境噪声的影响,在试验过程中保证激励位置和损伤前后施加的激励相同。结果验证了数值模拟中所得到的结论,即测点对附近螺栓松动的敏感性以及所有工况下五个测点RES的最小值指标的有效性,因此在该节点板上的螺栓附近粘贴的五个应变片测点可以有效地识别出节点板是否发生损伤以及损伤程度,为后续输电塔节点无人值守的健康监测方式打下了基础。3.对该损伤识别方法进行普遍适用性验证。从三个不同的研究对象探究此问题:(1)输电塔上部拐角处一块节点板;(2)改变塔腿处节点板的形状;(3)增加塔腿处节点板上的螺栓。采用和上述模拟时同样的建模方法和研究手段,将三种模型的测点处提取到的动应变数据带入小波包分解计算出损伤指标RES。得出在节点板研究模型发生改变时,测点处的动应变同样对其周围的螺栓是否发生松动较为敏感。并且所有工况下所布置测点RES的最小值指标依旧可以有效识别出节点板是否发生损伤以及损伤程度。
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