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高速列车受电弓双摆模型及非线性动力学特性分析
| 论文题名： | 高速列车受电弓双摆模型及非线性动力学特性分析 |
| 关键词： | 高速列车受电弓;双摆模型;非线性;动力学特性;Lagrange方程 |
| 摘要： | 受电弓是列车获得电能的重要装置。随着列车速度不断提高,受电弓的实际工况更加复杂。为了保证受流稳定性,需要建立合理的受电弓动力学模型并分析其动力学特性。由于受电弓存在结构非线性、摩擦及接触网特殊激励,受电弓非线性动力学特性成为值得研究的问题。本文以单臂受电弓为研究对象,采用变刚度弹簧来模拟接触网和受电弓间的相互作用,并将液压阻尼器对下臂杆的非线性作用等效为平方非线性的液压阻尼力矩,建立了受电弓的双摆模型;在此基础上推导了其运动微分方程,分析了高速列车受电弓的非线性动力学特性。主要工作包括: 1.对接触网和受电弓的结构和工作特性进行了简单介绍,综述了受电弓动力学的国内外研究现状,并重点介绍了受电弓和接触网模型;简单介绍了非线性动力学理论的发展。 2.以单臂受电弓为研究对象,考虑了弓头与接触网间相互作用和液压阻尼器对下臂杆的非线性作用,建立了受电弓的双摆模型;应用拉格朗日第二方程进行了运动微分方程的推导,并采用泰勒公式对该方程进行了化简和无量纲化。 3.采用多尺度法对无量纲后的方程进行摄动求解,求出系统的一阶近似解;研究了系统的1:1内共振,得到了系统的平均方程。通过数值方法分析了1:1内共振时,系统的运动特性。发现所取参数下,该系统处于概周期或混沌运动状态,所以在设计受电弓时应尽量避免系统固有频率间形成1:1的关系。 4.采用数值方法求解动力学方程,分别考虑摆长比和列车运行速度的影响,分析了系统的动力学特性。分别得到了以摆长比和列车运行速度为分岔参数的分岔图,以及不同摆长比和不同车速下的时间历程图、相图、Poincaré映射图及频谱图。结果表明,在不同的摆长比和车速下,系统存在概周期运动和混沌运动;而在不同速度时,系统处于概周期运动状态。 通过本文的研究,丰富了受电弓建模方法和对高速列车受电弓的非线性动力学特性的认识,为高速列车受电弓非线性动力学设计提供了参考。 |
| 作者： | 李华 |
| 专业： | 一般力学与力学基础 |
| 导师： | 曹树谦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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