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基于有限元数值模拟的地铁杂散电流分布及腐蚀研究
| 论文题名： | 基于有限元数值模拟的地铁杂散电流分布及腐蚀研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;杂散电流;分布规律;腐蚀预测;偏最小二乘法 |
| 摘要： | 随着我国城市轨道交通行业的蓬勃发展，地铁作为城市立体交通网络的重要组成部分，为广大城市居民日常出行带来了极大便利。然而城市轨道交通带给人们舒适乘车体验的同时也带来了一些潜在的问题，比如杂散电流泄漏引起的金属结构腐蚀对乘客安行具有巨大的安全隐患，所以探究城市轨道交通杂散电流的分布规律以及预测其腐蚀危害具有重要的现实意义。 本文基于国内外杂散电流研究现状，分别从杂散电流分布规律、杂散电流腐蚀实验以及杂散电流腐蚀预测三个方面进行了综述分析。针对地铁区间杂散电流的动态泄漏以及对埋地金属管线金属的腐蚀威胁，提出了有限元数值模拟与实验相结合的研究方法，并基于仿真数据建立了以地表电位预测埋地管线腐蚀电流密度的偏最小二乘法（PLS）腐蚀预测模型。 针对地铁区间，建立了地铁车辆运动工况条件下的三维有限元杂散电流分布模型，对比分析了单、双边供电条件下土壤电势、土壤电流密度、钢轨电位、埋地管线电流密度的变化规律。研究发现杂散电流分布受地铁车辆运动工况的直接影响，地铁区间双边供电较单边供电在一定程度上降低了杂散电流带来的干扰。 开展了多组管地电压测量试验，并通过搭建有限元模型对测量过程和结果进行验证。管地电压测量试验和有限元数值模拟仿真结论表明，地铁杂散电流干扰作用下，土壤电阻率、外加电压以及试件埋深是管地电压偏移的三个主要因素。在杂散电流有限元分布模型的基础上，文章设计了一种模拟地铁杂散电流干扰下埋地管线腐蚀的实验方案，分别开展了动、静态杂散电流干扰的管线试件腐蚀研究。建立了模拟腐蚀实验的有限元腐蚀数值仿真模型，通过多物理场耦合技术实现了杂散电流干扰作用下埋地管线腐蚀区域的精准定位，以及金属腐蚀大小的定量计算。 基于有限元数值计算数据，建立了地表电位与管线试件腐蚀电流密度之间的偏最小二乘法（PLS）腐蚀预测模型，实现了由地表电位预测埋地管线腐蚀的目标。所建PLS预测模型在保证预测精度的前提下，降低了对输入数据量的依赖，为地铁杂散电流腐蚀预测提供了新思路,建立了由地表电位预测杂散电流腐蚀的系统性方案。 |
| 作者： | 张献伟 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 蔡智超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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