(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211087479.8 (22)申请日 2022.09.07 (71)申请人 浙江省电力锅炉压力容器 检验所有 限公司 地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖八 区省电力试验研究所内 申请人 武汉理工大 学 (72)发明人 孙庆峰　赵洲峰　付军　陈波　 张杰　周宇通　罗宏建　徐梦豪　 周进　刘学广　邹君文　金江舟　 徐胜　张小菊　印卫佳　叶波　 (74)专利代理 机构 浙江翔隆专利事务所(普通 合伙) 33206 专利代理师 张建青(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种预测变电站支柱瓷绝缘子开裂的分析 方法 (57)摘要 本发明公开了一种预测变电站支柱瓷绝缘 子开裂的分析方法， 包括如下步骤： 步骤S1： 构建 支柱瓷绝缘子三维模型， 并对位移监测点设置参 考点标记； 步骤S2： 为需要嵌入内聚界面单元的 区域批量插入内聚力单元， 对部件进行网格划 分； 步骤S3： 定义材料属性， 并赋 予部件； 步骤S4： 装配支柱瓷绝缘子三维模型； 步骤S5： 设置边界 条件， 顶部和底部约束y方向自由度； 步骤S6： 通 过自定义振幅曲线施加分析步热循环载荷； 步骤 S7： 循环步骤S6， 完成预设次数的热循环载荷， 输 出结果云图， 记录参考点标记 位移并生成位移监 测矩阵， 进行热 ‑边界耦合 分析。 本发明能够 有效 预测支柱瓷绝缘子裂纹形核位置与扩 展情况。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115438492 A 2022.12.06 CN 115438492 A 1.一种预测变电站 支柱瓷绝缘子开裂的分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 构建支柱瓷绝缘子三维模型， 模型中的部件包括瓷柱上部、 瓷柱下部、 金属法 兰盘、 水泥胶合剂、 外部沥青缓冲层、 内部沥青缓冲层、 螺栓和螺母， 并对位移 监测点设置参 考点标记； 步骤S2： 为 需要嵌入内聚力单元的区域建立集合set ‑cohesive， 并插入内聚力单元， 对 部件进行网格划分； 步骤S3： 定义材料属性， 创建指派截面， 并赋予瓷柱上部、 瓷柱下部、 金属法兰盘、 水泥 胶合剂、 外部沥青缓冲层、 内部沥青缓冲层、 螺栓、 螺母和内聚力单元， 材料属性包括 弹性模 量、 膨胀系数、 泊松比、 密度、 传导 率和比热容； 步骤S4： 装配支 柱瓷绝缘子三维模型， 并设置粘性分析步 一个热循环载荷周期为T； 步骤S5： 设置边界条件， 顶部和底部约束y方向 自由度； 步骤S6： 设置初始温度为C， 通过自定义振幅曲线施加分析步热循环载荷； 步骤S7： 循环步骤S6完成预设次数的热循环载荷， 输出结果云图， 记录参考点标记位移 并生成位移监测矩阵， 综合结果云图和位移监测矩阵进 行热‑边界耦合分析， 进而 得到变电 站支柱瓷绝缘子的开裂预测结果。 2.根据权利要求1所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 所述的步骤S1中， 位移监测为多点边界位移 监测， 监测点分别设置在上、 下法兰盘及两支柱 瓷绝缘子连接处法兰盘。 3.根据权利要求1所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 所述的步骤S2中， 内聚力单元类型为八结点三 维粘结单元COH3D8， 瓷柱上部、 金属法兰盘和 内部沥青缓冲层单元类型为十节 点四面体单元C3D10M， 瓷柱下部、 水泥胶合剂、 外部沥青缓 冲层、 螺栓和螺母单 元类型为八结点线性六面体单 元C3D8R。 4.根据权利要求1所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 采用基于双线性张力位移法的双线性内聚力本构模型模拟支柱瓷绝缘子的开裂， 所述内聚 力单元基于牵引分离损伤定律， 内聚力单元损伤初始准则为最大名义应力准则， 选用临界 断裂能模拟损伤扩展。 5.根据权利要求4所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 双线性张力位移法的控制方程 为： 式中， σ 为法向应力分量， τs为沿裂纹深度方向的切向应力分量、 τt为沿裂纹宽度方向的 切向应力分量， 三种 应力分量对应于常见的Ι型、 Ι Ι型和 Ι Ι Ι型三种 裂纹扩展形式； σmax、 τmax权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438492 A 2分别为法向和切向的极限应力值， 对应于材料 的拉伸强度； δ表示裂纹张开位移， 和 分别为法向应力值、 沿裂纹深度方向 的切向应力值和沿裂纹宽度方向 的切向应力值达到 极限应力值时所对应的张开位移； 和 分别为法向临界张开位移值、 沿裂纹深度 方向的切向临界 张开位移值和沿裂纹宽度方向的切向临界 张开位移值。 6.根据权利要求5所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 最大名义应力准则为单元界面在最大名义应力与其对应的极限应力比值为1时损伤， 具体 如下： 式中： σ′n,max、 τ′s,max、 τ′t,max分别代表法向极限强度、 沿裂纹深度方向的切向极限强度、 沿裂纹宽度方向的切向极限强度， σ ′n、 τ′s、 τ′t分别代表法向内聚力分量、 沿裂纹深度方向 的切向内聚力分量、 沿裂纹宽度方向的切向内聚力分量， 式 中的<>的含义是： 7.根据权利要求4所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 内聚力单 元界面刚度取决于双线性张力位移关系图的线斜 率大小。 8.根据权利要求4所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 法向临界断裂能值 沿裂纹深度方向的切向临界断裂能值 和沿裂纹宽度方向的切向 临界断裂能值 的计算公式具体如下： 式中， τs,max、 τt,max分别为沿裂纹深度方向和沿裂纹宽度方向的切向极限应力值； 分别为沿裂纹深度方向和沿裂纹宽度方向的切向临界张开位移值； KIC为材料的断 裂韧性； E为材 料的弹性模量； ν 为材 料的泊松比。 9.根据权利要求1所述的一种预测变电站支柱 瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在于， 所述步骤S6中， 设置初始温度为 ‑30℃， 经过1200当量时间加热到70℃， 后经过1200当量时 间降温至 ‑30℃。 10.根据权利要求1所述的一种预测变电站支柱瓷绝缘子开裂的分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S7中， 结果云图为SDEG云图， 由此得出节点温度下的各参考点三向许用位移 [δij]和综合许用位移[δ]， 位移监测矩阵为不同温度节点下不同监测点处三向位移的矩阵 集合， 选取每隔10 0当量时间为 一温度节点用以模拟一 年内十二个月的温度变化； Ti节点温度下的位移监测矩阵如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438492 A 3