横风作用下的受电弓—覆冰接触网系统气动弹性问题研究

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1、国内图书分类号：U225,O322密级：公开国际图书分类号：625,531西南交通大学研究生学位论文横风作用下的受电弓-覆冰接触网系统气动弹性问题研究年级二零一零级姓名陈果申请学位级别博士专业工程力学指导老师杨翊仁二零一八年七月三日ClassifiedIndex:U225,O322U.D.C:625,531SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONTHEAEROELASTICITYOFPANTOGRAPH-ICEDCATENARYSYSTEMUND

2、ERCROSSWINDSGrade:2010Candidate:ChenGuoAcademicDegreeAppliedfor:DoctorSpeciality:EngineeringMechanicsSupervisor:YangYirenJuly3,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用

3、影印。、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．□保密，在年解密后适用本授权书；２．不保密使用本授权书。“”（请在以上方框内打Ｖ）：学位论文作者签名：指导老师签名曰期曰期？西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人

4、承担。本学位论文的主要创新点如下：（１）结合覆冰接触网的实际结构特点，建立了能够反映几何非线性及多向耦合特，征的覆冰接触网舞动模型。基于该模型揭示了横风作用下覆冰接触网的舞动发生机理和所对应的复杂动力学行为。－２）将ＤｅｎＨａｒｔｏｇ垂向舞动理论应用到覆冰接触网的垂向舞动分析中，得出了覆（冰接触网的垂向舞动临界条件，并剖析其舞动上幅值随若干关键参数的变化规律，进而给出了抑制垂向舞动的有效建议。在此基础，将覆冰接触网的舞动问题进一步拓展到弓网耦合系统动力学研宄中，以此研宄横风对覆冰接触网－受电弓耦

5、合系统垂向振动的影响。（３）为了弥补弓网接触表征过程中罚函数法或接触力模型中接触刚度难以确定的一不足，引入位移协调方程对弓网接触进行表征，并进步构建了弓网系统垂向耦合动力学模型。基于库伦摩擦力模型，提出了采用传递系数法将受电弓对滑板与接触线间的摩擦力等效为受电弓的抬升力的方法，以此研究摩擦系数、升弓角弓网耦合系统垂向动力学行为的影响。学位论文作者签名：曰期ｍ士７＇０西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要电力机车通过安装于车顶的受电弓从接触网上获取电能，从而为整组高速列车提供牵引动力。

6、在列车运行过程中，受电弓滑板与接触线的相互扰动会造成弓网耦合系统的垂向振动，继而影响受流质量。随着我国铁路事业的飞速发展，铁路运输的覆盖面积日益增大，高速列车所处的运行环境也愈发复杂。特别指出的是，对于高寒、高湿等气候恶劣地区，接触网较易发生覆冰现象。在横风作用下，覆冰接触网有可能发生舞动，这将直接影响弓网耦合系统的动力学特性，甚至造成列车的停运或关键部件的破坏等严重事故。因此，深入开展覆冰接触网的舞动机理研究，具有一定的理论价值和工程意义。本文通过理论分析和数值仿真相结合的方法，建立了弓网系统垂向动力学模型和覆冰接触网的多向

7、耦合舞动模型，详细分析了覆冰接触网-受电弓的气动弹性问题及其对系统动力学特性产生的影响，其主要研究内容有：首先，建立了简单链型悬挂接触网和归算质量受电弓的垂向耦合动力学模型，其中，引入位移协调方程表征弓网间的接触关系，替换传统接触力模型。同时，采用库伦模型构建弓网间的摩擦力模型，并基于传递系数法将摩擦力等效为垂向抬升力。通过与欧洲标准EN50318中的参考模型进行对比，验证了所建立的动力学模型的有效性。在此基础上，讨论了受电弓在开口和闭口两种运行状态下时，摩擦力对弓网间接触状态的影响，并给出了接触力随摩擦系数和升弓角的变化规律

8、。其次，针对横风作用下的舞动现象，建立了覆冰接触网的垂向舞动模型。通过对均匀横风作用下的覆冰接触线进行CFD仿真，得到其在不同攻角下的气动力系数，并根据准定常气动力理论，推导出覆冰接触线的垂向气动力。同时，将所获垂向气动力进一步拓展到覆冰承力索的舞动模型中。根据Den-Har