极寒地区盘型悬式绝缘子机械形变特性研究

摘要

近年来，我国华北、东北及西北等冬季最低达到-58℃的极端寒冷地区，出现了多起由于金属附件应力收缩和水泥胶合剂长期冻结导致绝缘子失效断裂的事故，现有研究中结合瓷、玻璃绝缘子结构特征和机械运行特性分析瓷、玻璃绝缘子机械形变以及绝缘子钢脚与水泥胶合剂粘结界面物理参数的研究仍处于空白，因此对盘型悬式绝缘子的形变特性分析与试验研究具有很重要的意义。 本论文结合Griffith能量平衡断裂力学理论，深入研究盘型悬式绝缘子形变规律，形变位置等特性。针对极端环境下绝缘子形变特性及破坏方式作出试验研究；针对钢脚与水泥胶合剂界面物理参数研究的空白提出试验研究方法。 主要研究成果如下： （1）针对极端低温环境下，盘型悬式绝缘子各部件机械强度进行试验研究分析，试验发现绝缘子金属附件、绝缘件及水泥胶合剂随温度的降低而呈现不同程度的变化趋势，同时金属附件及绝缘件的尺寸随温度的降低变化不明显，而水泥胶合剂的体积随温度的降低而收缩。通过对瓷件的试验发现釉面可以提高15%~30%的单片绝缘子的机械强度。 （2）针对绝缘子机械形变过程中发生的水泥胶合剂断裂建立数学模型；通过对绝缘子进行有限元静力仿真分析，观察绝缘子各部件应力情况；通过实际实验，针对静态载荷下盘型悬式绝缘子形变的分析，结合水泥胶合剂断裂模型分析力-变形曲线及应力-应变曲线上出现波动的原因，进而通过断裂理论与试验结果确定盘型悬式绝缘子机械形变特性及分布规律，试验结果与仿真相对应。研究结果为绝缘子钢脚的优化提供方向。 （3）针对盘型悬式绝缘子钢脚与水泥胶合剂粘结界面物理参数测量提出一种基于经典中心拉拔试验的测量方法，对绝缘子生产制造中缓冲层涂装工艺增加三种涂装厚度，进行了界面粘结强度的试验，包括抗剪粘结强度及静、动摩擦系数试验。对实验现象及数据分析发现：界面法向压力对钢脚与水泥胶合剂界面抗剪强度影响较大，随着粘结界面法向压力P越大，界面抗剪粘结强度τ越大，通过拟合得到相应的关系为τ=0.959P+2.153。研究结果为绝缘子缓冲层的优化提供指导。

目录

声明

第1章 引 言

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究工作的内容及创新点

第2章 绝缘子设计及研究理论分析

2.1盘型悬式绝缘子设计结构分析

2.1.1盘型悬式绝缘子概述

2.1.2承力面角度和位置设计

2.1.3绝缘件瓷头内孔承力面面积估算

2.2 有限元分析理论

2.2.1目的和概念

2.2.2基本流程

2.2.3单元分析

2.3 基于Griffith能量平衡的断裂力学理论

2.3.1 Griffith能量平衡理论

2.3.2 能量释放率G的计算

2.4 本章小结

第3章 极低温条件下盘型悬式绝缘子各部件试验研究

3.1金属附件机械强度试验研究

3.1.1钢脚强度试验

3.1.2铁帽强度试验

3.2绝缘件机械强度试验研究

3.3极低温条件下水泥胶合剂强度及尺寸变化试验研究

3.3.1试验对象

3.3.2试验过程

3.3.3试验结果及分析

3.4 本章小结

第4章 极低温条件下绝缘子静态荷载形变特性分析

4.1水泥胶合剂断裂模型

4.2 绝缘子静力仿真

4.2.1 ANSYS静力学分析

4.2.2 绝缘子静力学分析过程

4.2.3 绝缘子静力分析结果检查

4.3盘型悬式绝缘子机械形变特性试验研究

4.3.1试验平台及试样信息

4.3.2试验结果及水泥胶合剂断裂分析

4.3.3极端低温条件下绝缘子破坏方式分析

4.4 本章小结

第5章 钢脚及水泥胶合剂界面物理参数测量

5.1 钢脚与水泥胶合剂粘结特性分析

5.2界面抗剪粘结强度的测试

5.2.1 试验方案

5.2.2不同界面尺寸下界面抗剪粘结强度

5.2.3不同缓冲层涂装工艺下界面抗剪粘结强度

5.2.4不同法向力下界面抗剪粘结强度

5.3钢脚与水泥胶合剂界面摩擦系数的测试

5.3.1试验方案和原理

5.3.2不同缓冲层涂装工艺下界面摩擦系数测量

5.4本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间获得的成果奖励

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目