学习电力电缆皱纹铝护套的强度—变形分析

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1、j{【≠移缆叁1i31i6维普资讯http://www.cqvip.com1899年第3期。电电缆l舰99d年月No．31999ElectricWire＆(；ableIK’0Jn1999u．电力电缆皱纹铝护套的强度一变形分析刘广松，庄茁，李良玉，赵晖z，王汝莹z(1．清华大学工程力学系，北京100094；2山东电缆电器胜份有限舟司山末新泰271Z00)．_r．o摘要：在64／110kv～127／220kv变联聚乙烯绝缘电缆的生产工亩中首次引儿氩弧焊生产线电缆铝护套的生产工艺分为四个步骤，卷筒焊接、

2、压制啦坟和成品电缆收巍绕轴拳文通过ABAQUS软件对这一过程进行有限元模拟，分析其变彤和动态应力从数值分折的角度验证了铝护套力学性能上的可靠性；关键词：交联聚乙烯绝缘电力电缆；艘纹铝护套}有限,-L分析}动态应力：氩弧焊中圈分类号：TM247文献标识码：A工程背景篱：薹言莘程是完全一致山东电缆电器股份有限公司在64／l10kV～127／220kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆制造中引进了氩弧焊生产工艺。，这是世界上较先进的生产工艺该公司使用卷板铝材、氩弧焊焊接和皱纹成型加工电缆护套工艺技术，填

3、补了这方面的国内空白。本文分析了铝护套的力学性能，对生产工艺过程中电缆铝护套的强度和变形性能进行了模拟计算和分析，对其可靠性进行了评估。我们采用国际上最先进的有限元分析软2铝板在模具内卷成圆管件——ABAQUS，对铝护套的整个加工工艺一块铝板，如图l以一定的速度通过一过程进行了模拟ABAQUS软件有两条主个截锥筒状的模具，截锥的截面直径沿铝板干，(1)ABAQUS／Standard，其功能是满足善前进方向逐渐减小，铝板在模具内梭强迫变一般静、动态问题的线性和非线性分析；(2)形而卷成管状，见图2。

4、应用ABAQUS／ExABAQUS／Explicit，其功能是采用显示算法peck对这一过程模拟并分析其力学性能J求解动态响应问题，在本问题中，除第一步卷模具内衬由精细的高分子材料组成，在加工板过程使用ABAQUS／Explicit外，其余的军焊接、压制皱纹和成品电缆收线绕轴等步骤均使用ABAQUS／standard。本文的研究内容为铝护套加工过程的模拟和强度分析。计算模拟的过程分三步进行：图1铝板进人模具示意图(1)铝板卷成管状套筒；(2)压制皱纹；(3)过程中，内村和铝板外皮之间的摩擦很小，可

5、成品电缆绕在电缆盘上后，危险点的强度校略不计。所选铝材为99．9的纯铝，屈服应收稿日期：199811—18作者简介：刘广橙(1976一)，男，山东，硕士研究生维普资讯http://www.cqvip.com1999年第3期电线电缆1999年6月No．31999E[ectrJcWire＆CableJun．1999力取30MPa，破坏应力为70MPa：却。在氩弧焊工艺中，由于加热范围特别小．又用高速氩气流冲刷焊缝，加速冷却．材料内的温度场会很快消失，由此引起的温度应力很小(作者已通过专门计算加以验证)

6、另外，氩弧焊为无填料焊接，保证了焊缝的连续性；高速氩气流也使焊缝与外部空气隔离，防止铝在高温下被氧化；所以一般不会存在焊接缺陷3套管压制皱纹图2卷筒过程币意图铝板卷成圆筒以后，下一步工艺就是压铝板由平面变成圆筒状，本文采用三维制皱纹。压制皱纹的最大好处在于：增加了铝8结点缩减积分实体单元一C3D8R模拟变管的柔度和可延展性能，也便于成品电缆绕形前后的情况。考虑到套筒对于由焊缝和轴轴模拟这个过程使用的有限元软件为线决定的平面具有对称性，我们取套筒的一ABAQUS／Standard，为静态分析模型。半

7、进行分析。划分单元的大小为10mlvlX10模拟时，先用实体单元C3DSR(10mlvlmlvlX41TIrll。截锥模具在模拟过程中设为刚X101Tim×41TIrl1)组成0．5m长的平滑直性体，由于对单元投有特殊要求，采用三维4管，然后对奇数层(沿轴向)上的结点施加径结点刚性单元R3D4。向位移载荷(向内0．0035m)，从而得到皱纹板卷成圆筒后，沿环向形成压应力，最大管状。为了限制刚体位移，对套管的一端施加的值为19．4MPa最大的残余(Mises)应力固支约束，另一端自由，这样更接近于真

8、实的在焊缝处，为20．1MPa。铝板卷筒过程的变加工工艺。形图、环向应力图和残余应力图分别如图3由于每个单元的几何形状和所受载荷是～图5所示。相同的，所以沿套管轴向的应力分布应该是均匀的。但是，由于模型中局部边界条件的影响，套管两端的应力与中部应力有所不同。然图3卷筒过程的变形图而，考虑到实际长管线的情况和加工过程中套管不断的前进，可以忽略端部局部边界条件的影响，取套管中部的应力为最终结果。因图4卷筒过程的环向应力图此，在压制皱纹的过程中，产生的最大的环向压应力为25．6MPa，最