基于電線桿的有限元分析應用

  曾經有人問筆者，電桿與電線桿有何區(qū)別？答案是兩者（在下文統(tǒng)稱電線桿）都屬于同一種電力設施。電線桿的作用主要是支持導線、絕緣子及橫擔，它按用途主要劃分為直線桿、耐張桿、終端桿、轉角桿和分支桿多種，而按材料則劃分為水泥電線桿或木電線桿，可以說電線桿所涉及的種類繁多。

  在國內，水泥電線桿則成為了三四線城市中隨處可見的一種電力設施，其排布方式整齊劃一，通訊效果也十分優(yōu)異，且成本方面相對來講較為低廉。

  但由于水泥屬于脆性材料，會在歷經四五年的高溫及多番風雨施虐后，表面較易裂開。換言之，一旦有雨水或雪水滲進桿體，腐蝕其內部鋼筋，水泥電線桿便容易形成裂紋，甚至有垮塌風險。而在窮山惡水之地，更會縮短其使用壽命。如果碰上臺風這種極為惡劣的天氣，哪怕是其他種類（材料）的電線桿也可能存在安全隱患。

  我們將時光倒回2014年，強度高達十四級的臺風“威馬遜” 勢不可遏，侵襲了整個廣東省。多根電線桿（包括多類電線桿）及其相關電力設施在“威馬遜” 的施虐下嚴重受損，不但造成巨額的財產損失，還令大片區(qū)域停電，情況一度岌岌可危。

  事實上，電線桿會在任何環(huán)境中受到來自不同作用方向的載荷，臺風這類則屬于電線桿水平方向的風載（水平載荷的一種）。除此外，整根電線桿需承受垂直載荷以及縱向載荷：垂直荷載包括導線、避雷線、金具、絕緣子、覆冰荷載和電線桿自重等；縱向載荷則有導線及避雷線的順線路方向不平穩(wěn)張力、安裝導線時產生的緊線張力等。

  所以利用有限元分析方法，進行模擬分析電線桿在特定載荷工況下的結構強度、剛度是否符合設計要求，可對預防電線桿潛在的安全隱患提供更專業(yè)化、精準化的重要依據。以下是CAE應用解決方案專家元王為某企業(yè)做的電線桿有限元分析案例。

分析背景：

  分析電線桿在特定載荷的工況下，電線桿的結構強度、剛度是否符合設計要求。

分析要求：

  1.固定電線桿底端，在電線桿頂端施加800KN的載荷時，查看電線桿是否會損壞；

  2.固定電線桿底端，在水平面施加風載，得出電線桿損壞時的風載大小；

  3.固定電線桿底端及頂端，在電線桿頂端施加800KN的載荷，同時在水平面施加30m/s（562.5Pa）的風載，查看電線桿是否會損壞。

FEA模型:

分析結果：

垂直向下

2#應力云圖

3#應力云圖 

3.5#應力云圖

風載（30m/s）

2#應力云圖      

3#應力云圖

3.5#應力云圖  

組合載荷

2#應力云圖    

3#應力云圖 

3.5#應力云圖  

  通過元王專業(yè)的有限元分析表明，電線桿在各種工況下，軸向應力、環(huán)向應力均小于軸向強度（273MPa）、環(huán)向強度（211MPa），部件安全。

  有限元科技（元王）深耕CAE仿真應用十余年，為不同領域、不同行業(yè)的1000多家企業(yè)提供具備專業(yè)化、可靠性的CAE工程咨詢服務，加速產業(yè)革命推進，攜手廣大行業(yè)同仁，打造CAE仿真應用的新時代。選擇元王，為您的企業(yè)帶來無限可能。