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风荷载作用下高速铁路弓网系统套管单耳结构强度及疲劳分析
| 论文题名： | 风荷载作用下高速铁路弓网系统套管单耳结构强度及疲劳分析 |
| 关键词： | 高速铁路;接触网;弓网系统;套管单耳;结构强度;疲劳寿命;有限元分析 |
| 摘要： | 套管单耳结构和性能的好坏对接触网系统运营的安全和可靠性将产生重大影响。本项目对接触网支撑系统腕臂中的套管单耳结构的静力学强度和疲劳强度进行分析和研究，帮助判断和预测接触网系统的安全可靠性，为套管单耳结构和性能的优化提供理论支持。本项目的研究有助于提高弓网系统的安全运行水平。 本文首先对弓网动态接触过程进行仿真建模，对弓网系统各部分结构在弓网动态接触过程的力学状态进行分析。采用迭代建模、非线性弹簧子程序描述吊弦在预紧力和重力共同作用下的长度确定过程;采用与时间相关的瞬态分析类型以及接触的描述来描述弓网动态接触的耦合分析。建立了包括腕臂、接触网和受电弓在内的接触网系统和受电弓结构动态接触耦合仿真的模型描述方法。以欧标EN50318参考模型为例对弓网动态接触过程采用有限元方法进行计算机仿真分析，仿真结果与欧标参考结果一致，验证了仿真方法的正确性。 根据GB50009-2001《建筑结构荷载规范》获取高铁仿真路段接触网高度处的平均风速;采用自回归（AutoRegressive）模型和达文波特（Davenport）谱，在Matlab软件中进行脉动风速时程的模拟。将平均风和脉动风的时程曲线进行线性叠加，获取了高铁仿真路段的环境风场的时程曲线，并依此得到接触线、吊弦、承力索所受风荷载的大小，最后将风荷载叠加到所建立的京沪高铁直线段与曲线段的有限元仿真分析模型中。建立包括受电弓、接触网和腕臂的弓网动态耦合系统有限元分析模型，仿真模型客观地反映弓网高速接触、空气动力、环境风等载荷作用下的弓网接触状态变化，仿真结果与试验结果及理论计算值的误差在规定范围内。仿真方法应用于实际线路仿真可行。 利用高铁实际路段仿真中得到的套管单耳动态受力极值，在MSC.Marc软件中根据高铁零件技术规定进行套管单耳的强度校核。根据名义应力法，根据套管单耳结构的几何特征、材料疲劳属性以及动态接触过程中得到的疲劳载荷信息，在MSC.Fatigue中进行套管单耳的疲劳强度计算。计算结果表明，在时速350km/h，横向平均风速23.66m/s的情况下，70型套管单耳上的应力最大值为66.11MPa，疲劳寿命为2×108次;55型套管单耳上的应力最大值为18.63MPa，疲劳寿命为1.73×109次。70型套管单耳和55型套管单耳在目前的行车状况下，其结构强度和疲劳寿命远远满足要求。 |
| 作者： | 韩俊杰 |
| 专业： | 安全技术及工程 |
| 导师： | 冯超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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