弓网耦合模型的建立3400字

11.1弓网接触压力的研究方法有限元分析法是当今公认的一种用于数值求解工作中遇到的各种问题的最有效通用的质微分法19]。最早可追溯到1943年，库朗关于三角形区域扭转问用等方面进行完善和丰富。直至20世纪60年代初，Clough在求解平面弹性问题时分析、温度场分析、电磁场分析、声场分析等领域，应用范(1)根据实际问题定义求解域(2)求解域离散化(3)确定状态变量及控制方法(4)单元推导(5)总装求解(6)联立方程组求解和结果解释。MSC.Marc软件是由MarcAnalysisResearchCorporation公司在1967年推出的全球第一在1999年Marc软件公司被著名的MSC软件公司收购，随后对Marc软件的功能进行了整合。经过50多年的发展完善，MSC.Marc已经被学术界和工业界大研究人员大力推崇MSC.Marc用户界面主要包括绘图区、动态菜单区、部分，其用户界面如图3-1所示。2unTa06对话区图3-1MSC.Marc软件界面接触悬挂是由接触线、承力索、吊弦以及定位器等零件组成的，是一个非常复杂的振动系统。通过建立仿真模型完整的反应其运动规律是相当困难的，为了掌握其动态的规律性，需要先做出必要的假设，然后建立振动方程，并进行分析。假设在进行理论分析时，忽略由于地势等原因造成的接触网结构上跨距，导高等参数的不一致；忽略由施工，磨损等原因造成的接触线的不平顺性。不考虑风偏、覆冰、空气动力以及接触线的横向移动，只考虑直线区域的接触网形态。将简化定位器以及绝缘子等非重要构件分别用带有刚度的弹簧代替原有的弹性特性。将吊弦、支柱及绝缘子等构件用集中质点来代替，用有限元法将接触线、承力索和吊弦等质量均匀分布在接触网模型的单元上。接下来以弹性链形悬挂为例介绍全线路接触网的建模过程。接触网采用的是弹性链形悬挂，由定位器，支柱，绝缘子，吊弦和接触线、承力索、辅助吊索、锚段关节等组成。1.几何结构建立的模型都是全线路的接触悬挂，包括锚段中的接触悬挂及四跨锚段关节。所以在建立模型的几何结构时，包括前后两个锚段和连接两锚段的锚段关节两个部分。接下来参照表中的接触网的结构数据，使用MSC.Marc软件建立其几何结构。Table3-1Catenarystructurepara结构名称导高结构高度3弹性吊索长度吊弦间距每一部分在模型的中的命名如下：吊弦弹性吊索catenary11承力索mast_pole1/mast_pole2/mast_p定位器(2)锚段关节结构的建立模型主要采用的是四跨绝缘锚段关节。为保证受电弓在锚段关节处的稳定过渡，两接触线投影平衡，线间距离为500mm;转换柱处非工作支接触线比工作支高500mm;中心柱处的两接触线等高，跟锚段中接触线的导高相等。锚段关节的结构及其各部分的命名跟上面是一样的，锚段关节的结构图如图3-3所示。42.有限元划分在仿真分析中，为了获得弓网间的接触压力及不同位置的相关的运动参量，所以采用了欧拉-伯努利梁模，将第一锚段和第二锚段的接触悬挂分割成很多有限元，为了得到更详细的结果，还可将局部的单元进行加密分析。而承力索、吊弦等使用集中质量模型，将其当成单个质点，在保证准确度的同时减少计算量。表3-3有限元划分个数结构mast_pole151.约束条件在接触网模型中，除了接触线和承力索及定位器具有较高的自由度外，其他部分为了仿真现实状况，一般都会设置一定的约束条件。不同情况下，对自由度的限制是完全不同的，详细内容如下表所示：6件名称型自由度柱FD_F两个锚段分别的第1支柱底端点第一锚段的第2-25支柱底端点D D第二锚段的第2-25支柱底端点F第一锚段的第2-25支柱底端点D_第二锚段的第2-25支柱底端点材FD_两个锚段分别第1支柱处承力索、腕臂和定位器末端点4.边界条件在弹性链形悬挂模型边界条件的施加中，主要是对整个接触悬挂两个锚段分别对承力索，接触线施加张力；与此同时对接触悬挂中的所有部分施加重力，并在Y轴负方向施加重力加速度g=0.98m/s²,在Z轴的原点处是设置一个定值点，相当于弹簧的定点。对所有的支柱底部设置一个向下的定点，保证其在接触网运动的过程中维持位置不变，并且起到对悬挂固定的作用。详细见图3-5所示。5.材料特性实际中的接触网材质使用的是铜镁合金，但由于线路的不同以及环境要求，铜和镁的含量比例略微有些差异，但是差异不是很大，在材料上，主要是通过泊松比，杨氏模量以及密度定义接触体的刚度，进行接触分析，其材料设置如表3-5所示：7名称材质泊松比密度承力索接触线弹性吊索吊弦钢弓网接触定义的是梁-梁接触，所以可以把接触线考虑成圆柱的接触半径均相同。接触线接触半径的参数设置如表3-6所示：表3-6悬挂的几何参数Table3-6Suspensionofthegeometricparam名称截面积接触线承力索弹性吊索吊弦以京沪接触网悬挂参数为例，将其仿真计算结果与EN50318标准26对比来验证使用Marc软件建立的弓网模型计算结果的正设定运行速度为300km/h,接触网全线路仿真模型为46跨模型，每跨的跨距均为50m,截取其中间7跨的数据，如图3-7所示。8从结果可以看出，弓网间的接触压力按跨距呈周期性变化的，且每跨的跨中处弹性较大，接触压力变化比较剧烈，出现了接触压力的最大值；而接触压力的最小值在定位点处出现了。根据图3-7中接触压力值可以计算得到平均接触压力Fm、最大值Fmax、最小值Fmin和标准偏差值S,然后与按照EN50318标准计算得到的值进行比较，其中EN50318标准中各项计算公式如下：Table3-7Simulationresultswith名称EN50318标准误差平均接触压力标准偏差S47.19N将Marc仿真结果和EN50318标准进行对比，可以看出两者的计算结果十分相近，其中Marc计算得到的平均接触压力Fm、最大值Fmax大于EN50318标准，但整体的标准偏差值S却比EN5031