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覆冰分裂输电导线舞动的强非线性动力学
研究


Strongly Non-linear Dynamics Research for
Quad Iced Bundle Conductors







一级学科:力学
学科专业:工程力学
研究生:刘富豪
指导教师:张琪昌教授





天津大学机械工程学院
二零一二年八月
独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的
研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其它人已经发表
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作了明确的说明并表示了谢意。


学位论文作者签名: 签字日期: 年月日




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学位论文作者签名: 导师签名:

签字日期: 年月日签字日期: 年月日
摘要

输电导线的舞动研究是一项国际上十分重视并广泛研究的重要课题,既有重
要的学术价值,又有非常重大的社会经济意义。由于其学科涉及面较宽,影响因
素复杂且随机因素较多,研究工作涉及到理论研究、计算机仿真、空气动力学参
数试验、模拟试验和现场实施,因而耗资巨大,研究周期较长。至今为止,尽管
研究者众多,历时多年,重要成果仍然很少,学术专著至今罕见。本文通过试验
得出了关于覆冰分裂输电导线的动力学参数,建立了关于输电导线单自由度滞后
非线性模型和考虑到耦合振动的两自由度的非线性模型,并对此进行了非线性动
力学分析(分岔和混沌)。具体获得的主要研究成果(创新点)如下:
覆冰分裂输电导线空气动力学参数的确定。首次通过试验,得到了关于覆冰
分裂输电导线的动力学参数(升力系数,阻力系数和扭转系数)。在本文研究之
前,从现有文献和资料来看,关于覆冰单根导线的试验仅有国外的尼格尔等人完
成的覆冰单根导线的空气动力参数试验和国内的中山口舞动治理工程空气动力
试验两个。有关分裂输电导线的试验在本文之前没有见到。
覆冰分裂导线的滞后非线性无量纲单自由度系统模型的建立。建立了关于覆
冰分裂输电导线的单自由度无量纲滞后非线性数学模型。本文基于试验数据,在
建立单自由度无量纲滞后模型的基础之上,对系统进行非线性分析,建立了分岔
参数和物理参数之间的对应关系,并利用奇异性理论得到了系统的转迁集和分岔
图。最后得到了开折参数对于系统的相互影响关系。
考虑到耦合因素的覆冰导线两自由度无量纲系统模型的建立。覆冰输电导线
由于其质量上存在着偏心和风功角的变化,会同时产生惯性力耦合和空气动力学
耦合,分裂导线亦是如此。本文在试验数据的基础上,建立了两自由度的非线性
模型并在此技术之上进行了非线性分岔和混沌分析,得到了覆冰分裂输电导线系
统的最简规范形。进一步得到了系统的普适开折参数和原系统参数之间的关系。
讨论了系统的余唯 2 分岔,揭示了个参数对覆冰分裂输电导线系统动力学行为的
影响。
强非线性系统和弱非线性系统的判据式的确立。基于所建立的两自由度非线
性数学模型,从理论上证明了覆冰分裂输电导线系统在铅垂方向上的振动隶属于
强非线性振动系统,而在扭转方向上的振动隶属于弱非线性系统。

关键词:覆冰分裂导线, 分岔, 混沌, 规范形,滞后非线性
ABSTRACT

The galloping of the iced transmission line is an international research topic. Many
researchers have paid more attention to this problem which not only has important
academic value, but also has great social and economic significance. The topic involves
many filed and there are plex factors in the proceeding of study, such