(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 202210592373.7 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 国网河南省电力公司电力科 学研究 院 地址 450052 河南省郑州市二七区嵩 山南 路85号 申请人 南京电力金 具设计研究院有限公司 　 国网河南省电力公司 　 国家电网有限公司 (72)发明人 叶中飞　孙运涛　吕中宾　李清　 姚欢　伍川　王慧萍　刘泽辉　 张博　陶亚光　陈作新　周瑞　 (74)专利代理 机构 郑州知己知识产权代理有限 公司 41132 专利代理师 季发扬(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张 联板设计方法 (57)摘要 一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张 联板设计方法， 包括以下步骤： S1： 根据待优化耐 张联板的信息确定拓扑优化的初始模型； S2： 确 定拓扑优化的设计变量、 目标函数和约束条件， 设计变量是设计区域内各子单元的厚度， 目标函 数是最大化耐张联板的第一阶屈曲模态对应的 荷载比例因子； 约束条件是体积分数小于限定 值； S3： 对耐张联板初始模型进行拓扑优化； S4： 结合加工成本、 难度， 得到耐张联板的合理优化 设计； S5： 对耐张联板的合理优化设计进行非线 性屈曲分析， 判断屈曲荷载是否满足稳定性要 求， Mises应力是否满足静强度要求。 本发明提供 的方法通过对耐 张联板进行拓扑优化设计， 改变 联板中减重孔的大小和位置， 提升耐 张联板的抗 屈曲能力。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114996870 A 2022.09.02 CN 114996870 A 1.一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其特征在于， 所述设计方 法包括以下步骤： S1： 根据待优化耐张联板的初始尺寸、 初始厚度、 材料信息和连接孔、 吊装孔位置信息， 并将减重孔去除， 确定拓扑优化的初始模型， 将连接孔、 吊装孔区域设为固定区域， 其余区 域为设计区域； S2： 确定拓扑优化的设计变量、 目标函数和约束条件， 设计变量是设计区域内各子单元 的厚度， 目标函数是最大化耐张联板的第一阶屈曲模态对应的荷载比例因子； 约束条件是 体积分数小于限定值； S3： 对所述耐张联板初始模型进行拓扑优化， 并得到 拓扑优化结果； S4： 根据拓扑优化结果， 并结合加工成本、 难度， 得到耐张联板的合理优化设计； S5： 对耐张联板的合理优化设计进行非线性屈曲分析， 判断屈曲荷载是否满足稳定性 要求， Mises应力是否满足静强度要求， 若满足， 输出所述耐张联板的合理优化设计， 若不满 足， 放松约束条件或者更改耐张联板的初始厚度， 返回步骤S3进行拓扑优化。 2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 实现过程 为： 将初始模型中的设计区域划分为n个子单元， 每个子单元的材料厚度t处于0～1之间， 0 代表此单元完全删除， 1代 表此单元完全保留， 则设计 变量的表达式为： t＝{t1…tn}T∈Rn； 目标函数中的第一阶屈曲模态对应的荷载比例因子可以通过 特征值屈曲分析 得到； 约束条件为： 其中， Volfrac为体积分数， 体积分数为耐张联板的当前体积与耐张联板的初始体积之 比。 3.根据权利要求2所述的一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其 特征在于， 步骤S3中， 所述拓扑优化包括以下步骤： S3.1： 对耐张联板结构进行 特征值屈曲分析； S3.2： 根据屈曲分析结果判定荷载比例因子是否收敛， 若收敛， 输出拓扑优化结果； 若 不收敛， 进 行敏感度分析， 根据敏感度分析结果更改设计变量， 返回步骤S 3.1进行特征值屈 曲分析。 4.根据权利要求3所述的一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其 特征在于， 所述敏感度是约束条件和目标函数 的响应量， 也就是耐张联板的第一阶屈曲模 态对应的荷载比例因子和体积分数对设计变量的梯度， 通过敏感度分析决定设计变量的修 改方向， 修改方向包括增加设计区域内子单元 的厚度和减小设计区域内子单元 的厚度， 进 而修改耐张联板模型。 5.根据权利要求1所述的一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其 特征在于， 耐张联板的初始荷载包括联板自身重力荷载、 屏蔽环附加荷载和 导线不平衡张 力附加荷载， 当承受的荷载达到第一阶屈曲模态对应的荷载时， 耐张联板就会发生屈曲破权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114996870 A 2坏， 屈曲荷载为此时的荷载比例因子与施加的初始荷载的乘积。 6.根据权利要求5所述的一种基于拓扑优化的特高压输电线路耐张联板设计方法， 其 特征在于， 所述屏蔽环附加荷载等效为面荷载施加在连接屏蔽环的区域内， 导线不平衡张 力附加荷载通过数值模拟方法得到， 首先建立耐张联板所在线路的有限元模型， 覆冰荷载 等效为导线的重力通过改变重力加速度获得， 计算联板在导线覆、 脱冰过程中所受的最大 荷载， 附加在耐张联板的连接孔上进行优化分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114996870 A 3