[发明专利]考虑弓网再接触动量冲击的高速铁路弓网动力学仿真方法

说明书

本发明公开了一种考虑弓网再接触动量冲击的高速铁路弓网动力学仿真方法，在弓网发生离线时，通过弓网离线结束瞬间的弓头速度与接触线模态速度计算再接触时刻的速度增量，从而可以考虑考虑弓网再接触时受电弓弓头对接触线的动量冲击作用，使弓网动力学仿真更加精确，避免了传统仿真结果过于保守的缺点，该发明弥补了传统方法的不足，具有考虑因素更加全面，更安全的优点。

技术领域

本发明涉及电动车辆的电源线路或沿路轨的仿真技术,尤其是一种考虑高速铁路受电弓与接触网离线再接触时的动量冲击的弓网动态仿真方法。

背景技术

高速铁路接触网与受电弓动力学行为十分复杂，数值仿真计算是在研究弓网动态行为、设计其关键参数的重要途径，目前，有大量的文章都采用弓网数值仿真模型研究弓网的动态性能，为工程实际提供了诸多有益借鉴。比如期刊《Vehicle System Dynamics》2015年的第53卷第10期1455-1479页Y Song,Z Liu,H Wang,X Lu,J Zhang等人的论文《Nonlinear modelling of high-speed catenary based on analytical expressionsof cable and truss elements》提出了高速铁路接触网的非线性动态仿真建模方法，并研究了接触网不同参数对弓网接触力的影响。然而目前所有的弓网数值仿真方法中，并未考虑受电弓与接触网脱离后，再接触的动量冲击，这种忽略会影响仿真计算的精度，导致仿真计算结果的保守，不利于弓网系统的后期设计。本发明的目的在于提出一种考虑弓网再接触动量冲击的动力学仿真方法，采用弓网接触前瞬间时刻的弓头速度与接触线各阶模态速度，确定接触线在受电弓再接触时刻由动量冲击引起的速度增量，并将其带入提高仿真的精确性和后续设计的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑弓网再接触动量冲击的动力学仿真方法，采用弓网接触前瞬间时刻的弓头速度与接触线各阶模态速度，确定接触线在受电弓再接触时刻由动量冲击引起的速度增量，并将其带入提高仿真的精确性和后续设计的安全性。

本发明实现发明目的的技术手段为：

考虑弓网再接触动量冲击的高速铁路弓网动力学仿真方法，在考虑受电弓脱离接触线后与接触线再接触瞬间弓头对接触线的动量冲击影响下进行高铁接触网与受电弓动力学数值仿真，包含以下具体步骤：

1)、采用传统模态分解法与多体动力学方法分别构建接触网和受电弓的动力学模型，建立弓网耦合运动方程，

其中，M、C、K分别为弓网整体质量、阻尼和刚度矩阵，X(t)分别为弓网整体加速度、速度、位移矩阵；并根据此方程进行弓网动力学仿真计算，F(t)为外界击扰；

2)、在1)弓网动力学数值仿真计算中，若弓网离线发生，将受电弓与接触线再接触瞬间的时刻t₂分解为受电弓与接触线离线结束时刻和弓头与接触线刚接触瞬间的时刻

3)、有1)和2)的结果，确定在时刻受电弓弓头速度和接触线各阶模态速度其中，n为接触线的模态阶数；

4)、通过以下公式计算接触线在受电弓再接触冲击下的各阶模态速度增量：

B_n(t)为接触线第n阶模态的广义位移，y₁(t)为受电弓弓头位移，ψ_n(t)为接触线第n阶模态的振形函数，v为列车行驶速度，ρ_b为接触线的线密度，L为接触线的锚段长度，m₁为受电弓弓头质量；

5)、确定接触线在接触点vt₂处，时刻的速度增量：

6)、将动量冲击产生的附加速度带入弓网动力学方程中，进行后续仿真。