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基于有限元与空气动力学的弓网接触压力仿真分析
| 论文题名： | 基于有限元与空气动力学的弓网接触压力仿真分析 |
| 关键词： | 接触网;仿真计算;空气动力;接触压力;电气化铁路 |
| 摘要： | 电气化铁路以其污染小、速度快、运能高等优点，正在世界各国迅速发展。我国的电气化铁路也正处于大力建设与高速发展阶段。弓网系统的相互作用，是连接供电系统和电力机车的关键纽带，影响着列车运行速度和运行稳定性。因此，对受电弓-接触网系统动力学进行研究具有重要的意义。 本文以简单链形悬挂接触网为研究对象，建立了其有限元模型，将承力索和接触线视为梁单元。通过推导梁单元的整体刚度矩阵，得到了接触网模型的静态平衡方程。采用负驰度法，仿真得到了接触网在自身重力和线索张力作用下的静态形态，从而获得了接触悬挂在静平衡状态下的应力分布，这是求解弓网接触压力的重要基础。分析了接触网的弹性变化，弹性的不均匀是导致接触压力产生振动的原因之一。 本文采用三元质量块的受电弓模型，与接触网模型结合构成了弓网动态耦合系统。推导了弓网系统的运动方程，给出了使用Newmark法进行求解的基本过程，然后通过ANSYS软件仿真得到了弓网接触压力，并研究了速度对接触压力的影响。 电气化列车的速度正在向高速化发展。高速运行的列车，其受电弓受到的空气动力对弓网受流质量有着不可忽视的影响。本文建立了受电弓的简化模型，利用FLUENT软件模拟受电弓周围的高速气流，仿真得到了受电弓的空气动力特性。 根据力学平衡理论，推导了受电弓主要部件的空气作用力等效为弓头抬升力的计算公式，由此确定了受电弓受到的气动抬升力的大小。由计算结果可知，车速越快，受电弓受到的气动抬升力越大，基本上与速度的平方成正比。在考虑受电弓气动抬升力的情况下，仿真计算了弓网接触力，并与未考虑受电弓气动抬升力时的结果进行了比较。仿真结果表明:在气动抬升力的影响下，弓网接触压力的波动范围变大，振动更加剧烈，使得弓网受流质量明显变差。 |
| 作者： | 杨康 |
| 专业： | 电力系统及其自动化 |
| 导师： | 陈唐龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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