基于有限元与空气动力学的弓网接触压力仿真分析

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1、国内图书分类号：U225．2国际图书分类号：621．3西南交通大学研究生学位论文年级三Q二二级姓专二。一四年五月密级：公开ClassfiedIndex：U226．5U．D．C：621．3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSMⅡ，ATl0

2、NANDANAIYSISOFT髓C0小『1ACTFORCEBETWEENPANTOGRAPHANDCATENARYBASEDONFEMANDAERODYNAⅦCSGrade：2011Candidate：YangKangAcad

3、emicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerSystemanditsAutomationSupervisor：Prof．CHENTang—longMay,2014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，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本

4、学位论文。本学位论文属于1．保密El，在年解密后适用本授权书；2．不保密彩使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：讶乙萄指导老师签名：谬么彬日期：’o，哗。j．弓9日期：≯。，(P。上．弓D西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本文在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．从梁单元的有限元分析方法入手，推导了接触网模型的静态平衡方程，利用ANSYS软件建立了简单链形接触网的有限元模型，得到了接触网的静态形态及其弹性分布。2．推导了受电弓三元质量块模型的运动方程和接触网在抬升力作用下的运动方程

5、，在此基础上利用弹簧模拟弓网接触刚度，得到了弓网耦合振动的运动方程。在ANSYS软件中建立了弓网耦合有限元模型，仿真得到了弓网接触压力。3．建立了受电弓的简化三维模型，利用FLUENT软件模拟受电弓高速运行时周围的空气流场运动，仿真得到了受电弓各部件的空气动力值。4．根据静力平衡原理，推导了受电弓各部件的空气动力值在弓头的等效抬升力，确定了不同车速下，受电弓受到的空气抬升力的大小。仿真分析了考虑空气抬升力时的弓网接触压力。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

6、内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已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，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：概日期：Ⅺ，叩．S、≥D西南交通大学硕士研究生学位论文第1页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

7、。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ANS

8、YS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

9、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。关键词：接触网：受电弓；有限元；仿真计算：空气动力；接触压力西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractElectrifiedtrainshavedevelopedrapidlyallovert