本发明涉及一种输电导线找形方法，尤其涉及一种通过导线中水平张力作为迭代计算收敛判断标准的输电导线找形方法。
背景技术：
输电线路是关系国计民生的生命线工程，输电导线为输电线路中重要的组成部分，对于输电线路整体结构特征有着直接的影响，所以研究输电导线结构特征是分析输电线路整体必不可少的一部分。
而输电导线是一种典型的柔索结构，它的特性是只能承受拉力，并且只有在输电导线处于应力拉紧的状态下才有能承受外部荷载的刚度，因此对输电导线结构特征分析的前提基础就是需要确定在重力作用下输电导线拉紧之后的初始位置和初始的应力状态。
在目前利用有限元方法对输电导线进行找形分析，最常用的方法有直接迭代和小弹性模量法。直接迭代法是在非常小的初始应变的状态下，设置迭代收敛条件，从输电线直线的初始状态直接迭代计算，不断更新有限元模型从而得到重力作用条件下输电线的初始状态；而小弹性模量法是设置输电导线的材料弹性模量为一个远远小于实际值的弹性模量，初次计算之后得到输电导线在重力作用条件下的大致形态，在该形态下恢复实际弹性模量值进行迭代计算，最后计算得到实际输电导线最后找形结果。而常用的直接迭代法和小弹性模量法在输电塔线耦合体系等复杂模型的找形计算过程中，充分体现出其迭代计算难收敛的特征。
技术实现要素：
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种适用于复杂耦合模型中的输电导线找形方法，容易收敛，操作简单，并且求解结果能够满足工程实际精度需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种依据水平张力的输电导线找形方法，主要包括以下步骤：
步骤1、确定两座输电铁塔挂线点的位置，并将两个挂线点之间的水平档距均分成n份，得到两挂线点之间输电导线的n-1个节点，以两挂线点连线的水平投影方向为x轴，竖直投影方向为z轴建立坐标系，依据挂线点位置数据、输电导线物性参数和悬链线公式计算出两挂线点之间输电导线各个节点的初始坐标位置；
步骤2、根据各个节点的初始坐标构建输电导线有限元模型，设置输电导线的初始应变；
步骤3、在输电导线有限元模型中对整体模型加载重力，在输电导线两个挂线点设置位置约束，然后进行非线性有限元计算；
步骤4、当n为奇数时，提取第(n+1)/2个导线节点的水平张力结果；当n为偶数时，提取第n/2个导线节点的水平张力结果。将该节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力进行差值运算，若差值小于阈值，则直接得到重力条件下输电导线找形结果；否则，判断节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力的大小，如果节点水平运行张力结果大于输电导线年平均运行张力，则减小导线设置的初始应变；如果节点水平张力结果小于输电导线年平均运行张力，则增大导线设置的初始应变；
步骤5、根据步骤4的结果重复进行步骤3和步骤4，直到非线性有限元计算结果中节点水平张力和输电导线年平均运行张力的差值小于阈值，输电导线找形计算结束，得到重力条件下输电导线找形结果。
进一步地，步骤1中建立输电导线初始有限元模型的悬链线公式如下：
其中x和z为各导线节点坐标计算值，q为单位长度导线的自重；h为输电线的水平张力，即年平均运行张力；l为导线的水平档距；c为导线两端的高度差。
进一步地，步骤2中建立有限元模型采用ansys软件，并采用有限元软件ansys中仅受拉力的link10单元模拟输电导线，初始应变设置为ε0＝1×10-5，并且根据实际输电导线参数设置link10单元的弹性模量、密度、泊松比。
进一步地，步骤4中调整初始应变设置增减量为十分之一的初始应变，即ε0/10。
进一步地，所述步骤4和步骤5中的阈值根据精度需求进行设定，节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力的差值如果小于年平均运行张力的5％则计算结束，如果大于则继续循环进行计算。
本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，以悬链线公式建立输电导线初始模型，以此为基础进行导线找形计算，迭代计算难度大幅降低，并且使用年平均运行张力为收敛依据进行迭代计算，计算结果更加准确，更加符合实际情况。
附图说明
图1为该方法的总体流程图；
图2为导线节点计算时所用坐标系；
图3为输电导线各节点位置图；
图4为输电导线初始有限元模型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提出的一种依据水平张力的输电导线找形方法，主要包括以下步骤：
步骤1、确定两座输电铁塔挂线点的位置，并将两个挂线点之间的水平档距均分成n份，得到两挂线点之间输电导线的n-1个节点，以两挂线点连线的水平投影方向为x轴，竖直投影方向为z轴建立坐标系，依据挂线点位置数据、输电导线物性参数和悬链线公式计算出两挂线点之间输电导线各个节点的初始坐标位置；
悬链线公式如下：
其中x和z为各导线节点坐标计算值，q为单位长度导线的自重；h为输电线的水平张力，即年平均运行张力；l为导线的水平档距；c为导线两端的高度差。
步骤2、根据各个节点的初始坐标采用ansys软件构建输电导线有限元模型，并采用有限元软件ansys中仅受拉力的link10单元模拟输电导线，设置输电导线的初始应变为ε0＝1×10-5；并且根据实际输电导线参数设置link10单元的弹性模量、密度、泊松比。
步骤3、在输电导线有限元模型中对整体模型加载重力，在输电导线两个挂线点设置位置约束，然后进行非线性有限元计算；
步骤4、当n为奇数时，提取第(n+1)/2个导线节点的水平张力结果；当n为偶数时，提取第n/2个导线节点的水平张力结果。将该节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力进行差值运算，若差值小于阈值，则直接得到重力条件下输电导线找形结果；否则，判断节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力的大小，如果节点水平运行张力结果大于输电导线年平均运行张力，则减小十分之一的导线设置的初始应变；如果节点水平张力结果小于输电导线年平均运行张力，则增大十分之一的导线设置的初始应变；所述阈值根据精度需求进行设定，节点水平张力结果和输电导线年平均运行张力的差值如果小于年平均运行张力的5％则计算结束，如果大于则继续循环进行计算。
步骤5、根据步骤4的结果重复进行步骤3和步骤4，直到非线性有限元计算结果中节点水平张力和输电导线年平均运行张力的差值小于阈值，输电导线找形计算结束，得到重力条件下输电导线找形结果。
以下结合具体实施例对本发明的输电导线找形方法进行进一步的讲解：
步骤1、确定两座输电铁塔挂线点的位置，依据实际挂线点位置数据和下列悬链线公式计算出两塔间输电导线各个节点的初始位置；
其中x和z为各导线节点坐标计算值，q为单位长度导线的自重；h为输电线的水平张力，即年平均运行张力，目前工程上常用导地线拉断力乘上安全系数0.95和平均运行张力系数0.25作为导线的年平均运行张力；l为导线的水平档距；c为导线两端的高度差。其中坐标系以两挂线点连线的水平投影方向为x轴，竖直投影方向为z轴，具体如图2。
设两个挂线点之间档距和高度差为200m和20m，则上式中l＝200，c为20。其他参数根据实际导线jl/g1a-400/35参数进行设置，单位线长自重q为13.2n/m，年平均水平张力h为24622n。以这些参数结合悬链线公式计算得到输电导线除挂线点外199个节点的初始位置，并且构建输电导线有限元模型，如图3和图4。
步骤2、在有限元软件ansys中利用非线性单元link10构建输电导线有限元模型，通过在link10单元的实常数中设置初始应变，初始应变设置为1e-5，同时设置其他导线物性参数，泊松比为0.3，弹性模量为6.5e10pa；
步骤3、在输电导线有限元模型中对整体模型加载重力，在输电导线两个挂线点设置位置约束，然后进行非线性有限元计算；
步骤4、提取重力条件下输电导线中间第100个节点非线性有限元分析水平张力结果，将提取的中间节点水平张力结果和该输电导线年平均运行张力设计值进行比较，节点水平张力计算结果远小于该输电导线年平均运行张力设计值24622n，增大初始应变1e-06；
步骤5、根据步骤4的结果重复步骤3和步骤4，直到计算结果中节点水平张力和输电导线年平均运行张力设计值差值小到该输电导线年平均运行张力设计值5％，即1231.1n，导线找形计算结束，得到重力条件下输电导线位置计算结果。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。