Page 73 - 电力与能源2024年第二期

方 苏，等：基于 IPS 的二次电缆柔性线束运动仿真和试验对比 213

体边框的接触面积较小，应力非常集中，并且箱体
框边缘较锋利，因此容易因干涉导致线束外破。
通过算法进行优化设计后，调整了线束走向、
固定点、长度等变量，再次进行仿真分析。线束 2
优化后的运动包络图如图 15 所示。根据运动包
络与柜体之间的间隙，确认在柜门开启及关闭的 图 17 优化后的光纤端部的受力-时间曲线
全周期中，线束 2 与箱体框之间的间隙始终不为 由图 17 可知，优化设计后在柜门开启及关闭

零，即未发生干涉，由干涉导致的线束外破的安全 的全周期过程中，光纤端部最大受力为 28.27 N，
隐患消除。 在 30 N 的安全阈值内，光纤端子被拉断的安全隐
患消除。

3.4 线束运动过程中的弯折及损伤分析
对于某些截面积较大的线束，如果运动过程
中某点的弯曲半径太小，当线束由于运动部件而
受到循环运动时，单根电缆可能会因疲劳而断裂，
造成线束或导线的机械损伤失效。因线束 1 作为
图 15 线束 2 优化后的运动包络图
截面直径最大的线束，通过柔性线束的动态仿真
3.3 线束运动过程中的拉压应力测量
分析，重点提取线束 1 的最小弯曲半径，发现线束
光纤在端子处较脆弱，该部位是故障多发部
1 在柜门转轴处发生严重扭曲弯折。线束 1 在柜
位，本文重点关注光纤子束端子处的受力情况。
门开合过程中，最小弯曲半径-时间曲线如图 18
通过仿真得到光纤端部的受力-时间曲线，如图 16
所示。 所示。

图 16 光纤端部的受力-时间曲
图 18 线束的弯曲半径-时间曲线
通过图 16 可以发现，在 0.33 s（柜门开启角度
由图 18 可以得知，在第 0 s 时，即门开启 0°时
为 14.6°），端部所受拉力最大，达到了 44.83 N，此
（此时柜门为关闭状态，无法观察到），线束 1 的弯
时光纤角度为 67°，已经超出了该角度下的光纤拉
曲半径最小，为 15.11 mm（中心线），线束 1 内侧的
力安全阈值，存在破坏的风险，故需要对其进行优
化调整。 弯曲半径 D 1=15.11−15.38/2=7.42 mm，线束 2
通过图 16 还可发现，在 0.505 s（柜门开启角度 外 侧 的 弯 曲 半 径 D 1=15.11+15.38/2=22.80
为 22.34°），端部所受拉力最大，达到了 39.41 N，此 mm，均已远小于 4 倍的线束直径（4d=61.52 mm，
时光纤角度为 81°，已经超出了该角度下的光纤拉 d=15.38 mm），尤 其 是 内 侧 的 弯 曲 半 径 已 经 很

力安全阈值，存在破坏的风险，故需要对其进行优 小，接近对折状态，如图 19 所示，在线束循环往复
化调整。 运动后，极易产生疲劳损伤。
通过算法进行优化设计后，调整了线束走向、 调整该段线束 1 的长短、固定点、走向、初始
固定点、长度等变量，再次进行仿真分析，并输出 扭曲角度等后，再次进行仿真分析测试，输出了线
光纤端部的受力-时间曲线，如图 17 所示。 束 1 的最小弯曲半径曲线，如图 20 所示。