基于电线杆的有限元分析应用

  曾经有人问笔者，电杆与电线杆有何区别？答案是两者（在下文统称电线杆）都属于同一种电力设施。电线杆的作用主要是支持导线、绝缘子及横担，它按用途主要划分为直线杆、耐张杆、终端杆、转角杆和分支杆多种，而按材料则划分为水泥电线杆或木电线杆，可以说电线杆所涉及的种类繁多。

  在国内，水泥电线杆则成为了三四线城市中随处可见的一种电力设施，其排布方式整齐划一，通讯效果也十分优异，且成本方面相对来讲较为低廉。

  但由于水泥属于脆性材料，会在历经四五年的高温及多番风雨施虐后，表面较易裂开。换言之，一旦有雨水或雪水渗进杆体，腐蚀其内部钢筋，水泥电线杆便容易形成裂纹，甚至有垮塌风险。而在穷山恶水之地，更会缩短其使用寿命。如果碰上台风这种极为恶劣的天气，哪怕是其他种类（材料）的电线杆也可能存在安全隐患。

  我们将时光倒回2014年，强度高达十四级的台风“威马逊” 势不可遏，侵袭了整个广东省。多根电线杆（包括多类电线杆）及其相关电力设施在“威马逊” 的施虐下严重受损，不但造成巨额的财产损失，还令大片区域停电，情况一度岌岌可危。

  事实上，电线杆会在任何环境中受到来自不同作用方向的载荷，台风这类则属于电线杆水平方向的风载（水平载荷的一种）。除此外，整根电线杆需承受垂直载荷以及纵向载荷：垂直荷载包括导线、避雷线、金具、绝缘子、覆冰荷载和电线杆自重等；纵向载荷则有导线及避雷线的顺线路方向不平稳张力、安装导线时产生的紧线张力等。

  所以利用有限元分析方法，进行模拟分析电线杆在特定载荷工况下的结构强度、刚度是否符合设计要求，可对预防电线杆潜在的安全隐患提供更专业化、精准化的重要依据。以下是CAE应用解决方案专家元王为某企业做的电线杆有限元分析案例。

分析背景：

  分析电线杆在特定载荷的工况下，电线杆的结构强度、刚度是否符合设计要求。

分析要求：

  1.固定电线杆底端，在电线杆顶端施加800KN的载荷时，查看电线杆是否会损坏；

  2.固定电线杆底端，在水平面施加风载，得出电线杆损坏时的风载大小；

  3.固定电线杆底端及顶端，在电线杆顶端施加800KN的载荷，同时在水平面施加30m/s（562.5Pa）的风载，查看电线杆是否会损坏。

FEA模型:

分析结果：

垂直向下

2#应力云图

3#应力云图 

3.5#应力云图

风载（30m/s）

2#应力云图      

3#应力云图

3.5#应力云图  

组合载荷

2#应力云图    

3#应力云图 

3.5#应力云图  

  通过元王专业的有限元分析表明，电线杆在各种工况下，轴向应力、环向应力均小于轴向强度（273MPa）、环向强度（211MPa），部件安全。

  有限元科技（元王）深耕CAE仿真应用十余年，为不同领域、不同行业的1000多家企业提供具备专业化、可靠性的CAE工程咨询服务，加速产业革命推进，携手广大行业同仁，打造CAE仿真应用的新时代。选择元王，为您的企业带来无限可能。