为应付超特高压电力开辟对高可靠性空腹支持绝缘子的繁重需求，华北电力大学研究团队谄媚中国电力科学研究院，在《电工技巧学报》2025年第23期提倡了基于多范例力学仿真是GFRP缠绕工艺优化与性能意想步调。

研究通过制备不同缠绕角度、铺层口头和纤维直径的GFRP管试样，系统开展了微不雅描摹、界面性能、机械强度及电断气缘性能的概括磨练；在此基础上，竖立“微不雅单胞-宏不雅铺层”多范例有限元模子，结合Hashin挫伤准则已毕了周折失效过程的高精度仿真意想。

终端标明，±40°缠绕角下周折强度最高（236.94 MPa），±60°缠绕角下电气性能最优；引入中间铺层会权臣裁减机电性能；增大纤维直径可擢升击穿强度达35.5%。该研究为空腹支持复合绝缘子的工艺联想提供了表面依据与仿真器具，有助于擢升其启动可靠性和使用寿命。

为应付超特高压电力开辟对高可靠性空腹支持绝缘子的繁重需求，华北电力大学研究团队谄媚中国电力科学研究院，在《电工技巧学报》2025年第23期提倡了基于多范例力学仿真是GFRP缠绕工艺优化与性能意想步调。

研究通过制备不同缠绕角度、铺层口头和纤维直径的GFRP管试样，系统开展了微不雅描摹、界面性能、机械强度及电断气缘性能的概括磨练；在此基础上，竖立“微不雅单胞-宏不雅铺层”多范例有限元模子，结合Hashin挫伤准则已毕了周折失效过程的高精度仿真意想。

终端标明，±40°缠绕角下周折强度最高（236.94 MPa），±60°缠绕角下电气性能最优；引入中间铺层会权臣裁减机电性能；增大纤维直径可擢升击穿强度达35.5%。该研究为空腹支持复合绝缘子的工艺联想提供了表面依据与仿真器具，有助于擢升其启动可靠性和使用寿命。

研究配景

为保险超特高压电网安全褂讪启动，高可靠性空腹支持绝缘子成为关节相沿部件。玻璃纤维增强团员物（GFRP）缠绕管行为其内绝缘中枢，其缠绕工艺参数平直影响绝缘子的机械强度与电气性能。

现在，缠绕工艺联想多依赖工程教会，阑珊系统性的性能磋商模子，难以精确调控绝缘子的周折强度与绝缘可靠性。此外，传统磨练步调资本高、周期长，难以阴事多参数组合的工艺空间，深宵珊对微不雅裂缝变成与宏不雅性能失效之间磋商的灵验分析技巧。因此，面向特高压工程对绝缘子高可靠、龟龄命的启动需求，亟需竖立一种大要意会工艺参数-微不雅结构-宏不雅性能的意想与优化步调，为绝缘子联想与制造提供表面依据和工艺指引。

图1 支持复合绝缘子现场应用图

论文所措置的问题及真谛

针对超特高压空腹支持绝缘子性能擢升的工艺瓶颈——传统缠绕工艺依赖教会、阑珊联想依据，微不雅裂缝难以终端导致周折强度与绝缘性能互相制约，以及现存研究多关怀单一性能、阑珊工艺参数–结构–性能的系统性映射关系，本文提倡的多范例磨练与仿真步调，通过系统性的工艺磨练与微–宏不雅结合的仿真建模，明确揭示了缠绕角度、铺层口头与纤维直径对机电性能的影响执法与最优匹配关系。

该步调在阴事多参数工艺空间、意想周折失效过程的同期，为绝缘子的高性能联想与可靠制造提供了数据与仿真双驱动的决议依据，变成了可引申的工艺优化与性能意想旅途。

论文步调及立异点

1、发展基于实在缠绕工艺的多范例参数化建模步调

为精确表征不同缠绕工艺下GFRP管的细不雅结构与宏不雅性能，研究竖立了“工艺参数驱动”的多范例建模历程。通过缠绕工艺软件Cadfil与Abaqus谄媚建模，已毕了不同缠绕角度、铺层口头及纤维直径的三维参数化宏不雅模子自动构建；在细不雅层面，给与周期性规模条款竖立代表性体积单位模子，通过均质化步调策动等效性能，变成了从工艺参数到仿真模子的平直映射。

图2 GFRP缠绕管铺层纤维交叠暗示图

图3 典型试样(3#)铺层结构仿真模子图

2、已毕基于微不雅描摹与界面磨练的跨范例性能磋商

研究残害传统单一性能测试局限，投注pp概括应用扫描电镜、染料渗入、周折与电气磨练，系统揭示了工艺参数对微不雅描摹、界面结合及宏不雅机电性能的影响机制。尤其通过染料渗入与微不雅裂缝的对照分析，竖立了工艺裂缝—界面状况—绝缘性能的定性‑半定量磋商，为界面性能评估提供了多凭据会通的分析步调。

图4 不同GFRP缠绕管试样断面微不雅描摹(a-i划分对应1#-9#试样)

图5 不同GFRP缠绕管试样染料渗入磨练终端

3、构建工艺‑结构‑性能映射体系并完成多磋商协同考据

通过制备9组不同工艺参数的试样，结合多范例仿真，系统竖立了缠绕角度—铺层口头—纤维直径与周折强度、绝缘性能之间的影响执法图谱。研究不仅考据了周折强度仿真谬误（<25%）的可袭取性，还已毕了微不雅描摹、界面性能和电气磨练数据的互相印证，变成了磨练‑仿真‑机理三位一体的工艺优化与性能意想框架。

图6 不同试样击穿强度威布尔分散

图7 各GFRP缠绕试样水扩散泄走电流

论断

1）GFRP缠绕管的周折强度与绝缘性能受缠绕角度、铺层口头及纤维直径共同影响，可通过疏通上述工艺参数已毕力学性能与电气性能的协同优化。

2）跟着缠绕角度的增大，试样周折强度呈先升高后下落趋势，在±40°时达到最高（236.94 MPa）；缠绕角为±60°时，电气概括性能最优，击穿强度达60.65 kV/cm。

3）引入中间铺层会导致试样里面裂缝加多，周折强度与电气性能均出现下落，其中以中间层为±40°时劣化最为权臣，水扩散磨练中发生击穿。

4）增大纤维直径可权臣擢升试样击穿强度（2400 Tex 比拟 1200 Tex 擢升35.5%），但对周折强度与水扩散泄走电流影响较小。

团队先容

本文由华北电力大学输变电开辟安全贯注研究团队完成，研究团队永久针对电力装备和智能电网限制的紧要科学技巧需求开展职责，以国度级紧要科研技俩为载体，以措置基础科常识题与关节技巧瓶颈为目的，要点开展电气开辟状况监测与故障会诊技巧、输变电开辟绝缘技巧、超特高压输变电关节技巧、绿色高效电工材料的研制及评估等方面研究。

刘云鹏，培育，国度级科技立异领军东说念主才。现任华北电力大学副校长，中国电机工程学会测试姿色专委会副主任委员、CIGRE A2(变压器)中国专委会副主任委员、IEEE PES(中国)变电站数字化委员会副主席，兼燕赵电力践诺室实檀越任、绿色高效电工新材料与开辟省要点践诺室主任。永久从事前进输变电和电气开辟智能化观点研究，授权发明专利42项，编辑5部，发表高水平论文236篇，参与制定国外、国度和行业范例10项。获省部级科技跨越一等奖5项。

李乐，副培育，硕导。入选燕赵东说念主才卡A卡，燕赵电力践诺室立异团队成员，华北电力大学电力工程系后生优秀东说念主才支握策动（第三批），研究效能获中国电工技巧学会科技跨越二等奖、电力成立科学技巧跨越奖三等、中国发明协会发明创业二等奖、世界发明博览会金奖、中电联电力立异二等奖，其中轻质高性能复合绝缘横担已通过测试并挂网启动。行为研究主干参与多个省部级科技技俩，主握国度当然基金技俩1项，获批河北省培育厅后生拔尖技俩1项，主握国度电网公司、南边电网公司科技技俩10余项。以第一作家或通信作家发表SCI论文近20篇，EI及中枢论文9篇。主要从事轻质高绝缘电工复合材料及装备、光伏电板板除尘新技巧研究。

本职责效能发表在2025年第23期《电工技巧学报》正规投注平台，论文标题为“不同缠绕工艺GFRP空腹支持绝缘子力电性能磨练及多范例力学仿真“。本课题获取国度当然科学基金和国度电网有限公司总部经管科技技俩资助。

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