浅析三弓架空刚性悬挂系统的仿真研究

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1、天津大学硕士学位论文三弓/架空刚性悬挂系统的仿真研究姓名：刘峰涛申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：毕继红20070801摘要架空刚性悬挂系统中弓网耦合的特性是关系列车正常、安全、高速运营的重要因素，有限元法是分析非线性动力问题的有效方法。本文基于通用有限元分析软件ANSYS，采用ANSYS参数化设计语言APDL进行编程，利用非线性瞬态动力分析、接触分析、重启动分析功能对三弓刚性悬挂系统进行动力学仿真研究，为刚性悬挂的设计、施工与运营提供理论指导。首先介绍了架空刚性悬挂的基本概况及国内外应用与研究现状，根据弹性势能和动能相等推导出考虑汇流排绝缘子的悬吊结构的等效模型，

2、建立了刚性悬挂接触网的计算模型一具有弹簧支撑的连续梁模型，通过在受电弓与接触线之间建立“接触对”，建立架空刚性悬挂弓网耦合模型。对影响悬吊结构等效刚度的因素逐一进行定量分析，通过静力分析得到刚性悬挂的自重挠曲线和静态弹性，通过模态分析得到其固有频率和振型。基于弓网／车辆／轨道动力学大系统提出弓网动态受流的影响因素，并提出刚性悬挂接触网动态受流质量评价指标。对三弓刚性悬挂系统进行动力学分析，研究了接触网跨距布置、悬吊结构刚度、汇流排接头、锚段关节、接触网坡度、接触线不平顺、受电弓各参数、受电弓间距、列车运行速度对受流质量的影响。最后根据仿真结果，提出刚性悬挂工程实施指导建议。

3、关键词：刚性悬挂接触网，弓网耦合，动态受流，有限元法，接触非线性，动力学仿真ABSTRACTThepantograph／catenarycouplingcharacteristicsinrigidsuspensioneatenaryrelatestothetrainnormaloperatingsafelyandhighly,finiteelementmethodisaneffectivemannerinanalysingnonlineranddynamicproblems．BasedonthegeneralfiniteelementanalysissoftwareANSY

4、S，programmingwiththeANSYSparametricdesignlanguageAPDL，simulationstudy,suchas，nonlineartransientanalysis，contactanalysisandrestarthasbeenmadeontherigidsuspensioncatenarysystemwiththreepantographsinordertoprovidetheroticalguidanceforthedesign，installationandoperationofthesystem．Thisarticle，f

5、irstly,introducesthegeneralsituationofrigidsuspensioncatenary,itsapplicationsandpresentstudystatusathomeandforeign．Accordingtotheequivalenceofelasticenergyofposifionwithkineticenergy,theequivalentmodelofsuspensionstructureincludingcurrentcollecterrailinsulatorisderived．Establishingthecalcu

6、lationmodelofrigidsuspensioncatenary——continuousbeamwithelasticspringsupporting．Throughthe“contactpair'’betweenpantographandcontactwire，thepantograph／catenarycouplingmodelofrigidsuspensionsystemisestablished．Influencefactorsonequivalentstiffnessofsuspensionstructureisanalysedonebyonequanti

7、tatively．Thedeflection．curveunderselfweightandstaticelasticityaleobtainedthroughstaticanalysis．Thenaturalfrequencyandvibrationmodalaregainedthroughmodalanalysis．Theinfluencefactorsondynamiccurrentcollectingareputforwardunderawholedynamicsystemofpantograph—cate