特高压输电线U型挂环对于输电线正常运行起到至关重要的作用,然而由于新疆地理位置和地形的特殊情况,造就了特殊的环境条件,特别是新疆“三十里风区”和“百里风区”地段,这对750KV输电线路正常运行进行着严峻的考验,U型挂环预计使用寿命20年,然而在2012年,新疆吐哈线路在投入使用一年即发生严重的磨损,更换1747套U型环,不仅造成了成本的增加,还因为停电故障导致严重的经济损失和引起居民生活的不便。为了更加真实、有效的研究U型环的磨损机理。首先,按照“百里风区”地段的实际情况设计参数,进行不同载荷、磨损次数、加载频率和不同沙粒粒径的U型挂环的磨损实验。采用曲面响应法对U型挂环磨损实验参数进行优化,以磨损后剩余周长为评价指标,设计了以加载载荷、摆动次数和频率三因素Box-Behnken回归模型,采用BP神经网络与回归模型预测结果进行比较,通过实验方法对优化的参数进行验证,同时分析了不同摆动次数下U型挂环的组织与性能。结果表明:回归模型的复相关系数R~2为0.9900,BP神经网络的复相关系数R~2为0.9986。摆动次数对剩余周长影响最为显著,随着摆动次数的增加,U型环磨痕面裂纹和点蚀坑逐渐增多,材料边缘处组织的粒径和硬度逐渐减小。对U型环影响最大的实验参数为:载荷为0.8吨,摆动次数为16万次,频率为1秒/次,能够预测的最小剩余周长为39.51mm.对不同磨损次数和不同沙粒粒径下U型环的剩余周长进行研究,同时应用LEO-140VP型的扫面电子显微镜、金相显微镜和HXD-1000TB型显微硬度测试仪对磨损后的表面及侧面进行观察和测量、表征其磨痕面的微观形貌和显微硬度,进而研究其磨损机理。结果表明:1)U型环截面尺寸剩余率随着磨损次数的增加而减少。2)磨损后远离磨痕面的硬度随着磨损次数的增加而增加;磨损边缘处的硬度随着磨损次数的增加而减小。3)磨损后磨痕面的形貌,磨痕面首先出现点蚀坑和裂纹痕,逐渐转变为犁沟和剥落。强风环境中以黏着磨损为主,伴随氧化磨损和磨粒磨损;沙尘环境下以磨粒磨损为主。4)U型环环剩余周长的长度在0.15-0.25mm沙粒粒径时,在2万次、4万次、6万次、8万次的剩余周长数值均比不加沙的情况下小,说明沙粒的加入,加速了U型挂环的磨损行为。采用有限元软件,根据实际线路设计参数,构建U型环的三维模型,对结构进行静动态模拟。计算结果表明:静态分析时,U型挂环的最大应力位置为中心接触部位,其最大等效应力为1482MPa,上下U型挂环之间出现滑移,滑移距离为0.8um;动态分析中,U型挂环在第六阶变形最为严重,并且在同时施加水平和垂直载荷时,位移振幅最大处的频率为2700Hz,振幅值为1.3046e-4mm,应力值为33.481MPa,此时频率接近于结构固有频率,结构易发生共振现象。在流固耦合作用下,经过模拟分析可知,流场中的流速、流量和沙粒粒径会导致U型环的冲蚀磨损发生变化,其中在风速30m/s,流量0.01kg/s,沙粒粒径0.15mm-0.25mm时,U型环的磨损最严重。