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高速列车受电弓静强度有限元分析

发布于:2018-03-15 22:19

有限元分析

       随着铁路高速化进程的推进,受电弓空气动力学效应越来越明显,仅考虑弓网接触压力的受电弓静强度有限元分析结果已不足以作为受电弓静强度设计是否满足要求的判据,因此有必要开展考虑气动载荷的受电弓静强度分析。
       目前,在空气动力学方面,BoccioloneMet讨论了列车高速运行引起的纵向气动力对弓网系统的影响,指出气动力对弓网接触压力的均值和方差均有较大影响,同时该文献对受电弓弓头进行了优化,以减小空气阻力;PomboJet建立了受电弓多刚体模型和接触网有限元模型以讨论气动力对弓网系统的影响,并得出结论,在气动载荷作用下弓头呈抬升趋势,增大弓网接触压力,同时考虑风载荷时接触压力的波动幅值将增大;李瑞平等川采用有限体积法实现了高速受电弓气动力的数值模拟,并推导受电弓气动抬升力的计算方法。
       在受电弓静强度分析领域,马果垒等首次实现了受电弓整体结构的有限元静态仿真,完成了受电弓的强度、刚度校核及动力特性(模态)分析;宋冬利等基于应力强度干涉模型实现了V500受电弓的静强度可靠性分析,该文献将气动阻力以集中力的形式加载弓头表面。利用ANSYS Workbench建立了V500高速受电弓的有限元模型,为使有限元模型能反应真实情况,设置边界条件时,在受电弓弓头顶部设置了弹性约束以模拟接触网对受电弓的作用,并将气动载荷依次施加到各部件的外表面模拟实际气流的作用效果。通过有限元静态分析,对比了V500高速受电弓开、闭口工况的运行性能,实现了气动载荷作用下受电弓静强度校核。同时,为了说明气动载荷的影响效果,还对比了只考虑弓网接触压力和重力工况及考虑气动载荷工况的静强度分析结果。
       运行过程中,受电弓的状态如图所示:通过绝缘子固定于列车顶部,弓头与接触网接触获取电能,在纵向上受到气流的扰动,受电弓承受着自身重力,气流引起的气动升力、气动阻力,列车振动和接触网波动引起的}惯性力。静态分析时,忽略列车和接触网的随机激扰,受电弓底部的绝缘子视为固定约束,弓头顶部的接触网可简化为弹性约束,所承受的外力为气动力FFv、自身重力G和升弓力矩M。通过App建立V500高速受电弓精确的三维实体模型,将其导入有限元AppANSYS Workbench生成有限元模型。受电弓实体模型较为复杂,静态仿真时对结构进行适当简化,使有限元模型既能反应结构的力学特性,又能满足有较高的计算精度和缩小解题规模的要求。

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