基于ANSYS的电力线路金具的轻量化设计

胡俊前，杨 群，戴洋洋

1.芜湖职业技术学院机械工程学院，安徽芜湖,241006；2.南京苏豪电气有限公司，江苏南京,211100

输变电元件是连接和组合电力系统的金属附件，主要用于支持、固定线缆。随着我国的电网覆盖面积不断增大，输变电元件的应用也越来越广泛，高强度、轻重量、弱磁性的线路金具可以有效提高布线的效率，增加线路的可靠性和稳定性[1]。其中，基于铝质或铝合金材料的线路金具应用最为普遍。目前国外已经大规模使用铝制金具，甚至在工程招标中明确规定使用铝制金具。国内受制于成本和设计水平的限制，目前仍处于钢制金具和铝制金具共存的局面，其主要原因在于铝制金具和铝合金金具虽然具有重量轻和弱磁性等优点，但是强度较低，使得同等载荷情况下，铝制金具的体积增大，重量增加，影响金具的携带和安装等使用的方便性[2]。这就涉及轻量化设计的问题，即通过模拟产品的实际工作状态对金具进行强度分析，进而对金具的结构进行拓扑优化以减轻重量，达到降低材料使用量，提高金具承载能力的目的[3]。在这方面，国内使用最多的是ANSYS有限元分析软件，因其强大的应力分析能力和后处理功能,广泛应用于工业产品的优化设计，但在金具设计的应用上更多是集中在金具的工况分析和强度分析方面[4-5]，却很少涉及结构优化设计。本文以高压输变电线路中广泛应用地联接金具心形环为设计对象，借助ANSYS有限元分析软件对心形环进行结构静力分析并基于此分析结果对其进行结构优化和轻量化处理，提出金具设计的新理念和新方法，提高金具的设计效率。……