[发明专利]一种小结构高度接触网系统仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种小结构高度接触网系统仿真建模方法，在接触网结构高度降低的情况下，基于短吊弦压缩试验结果，建立反映短吊弦压缩特性的吊弦拉压非线性模型，以此建立用于小结构高度弓网动态特性仿真的接触网系统仿真模型。本发明考虑了短吊弦压缩对弓‑网受流质量的影响，弥补了传统弓‑网模型中由于吊弦只受拉不受压无法反映小结构高度接触网动态特性的不足，是研究小结构高度接触网受流质量的先决条件。

技术领域

本发明属于接触网架空线及其所用附件的技术领域，尤其涉及一种小结构高度接触网系统仿真建模方法。

背景技术

目前，我国高速铁路总里程稳居世界第一，高速铁路已成为人民群众出行的热门选项。接触网系统主要由接触线、承力索、吊弦、腕臂支撑及其他附加设备组成，腕臂支撑处接触线和承力索的高差称为结构高度。接触网的结构高度会直接决定隧道断面大小，若采用小结构高度接触网设计，可减小隧道断面，进而减少施工对环境的影响、降低施工成本。然而，现有标准对吊弦的最短长度要求限制了接触网结构高度的进一步压缩，现有仿真模型中忽略吊弦压缩行为的建模方法无法反映小结构高度接触网与常规接触网动态特性的区别。当吊弦长度较低时，其压缩刚度将不可忽略，势必会对双弓网系统受流产生影响。

发明内容

本发明的目的：通过试验研究短吊弦压缩特性，建立吊弦拉压非线性模型并纳入弓-网动力学仿真模型中，能够用于小结构高度弓网系统的动力学仿真。为此，本发明提供一种小结构高度接触网系统仿真建模方法。

本发明的一种小结构高度接触网系统仿真建模方法，在接触网结构高度降低的情况下，基于试验数据总结建立反映短吊弦压缩特性的吊弦拉压非线性模型，以此建立用于小结构高度弓网动态特性仿真的接触网系统仿真模型，具体包括以下步骤：

步骤1：去除吊弦中的线鼻子、载流环和鸡心环部分，仅保留吊弦绞线和两端的压接套管，制作小结构高度接触网的短吊弦试件。

步骤2：选用电动伺服作动器为吊弦压缩试验的做动单元和位移采集器，轮辐式力传感器作为载荷采集器，球铰模拟吊弦与线夹的连接方式，并由4080铝合金型材搭建框架组合成为吊弦压缩试验装置。

步骤3：采用匀速压缩工况进行吊弦压缩试验，获取吊弦的压缩刚度和不同长度吊弦的最大压缩力，并进行拟合。

步骤4：吊弦在拉伸情况下吊弦处于线性状态，其关键参数为拉伸刚度。在压缩情况下，当吊弦压缩力不超过最大压缩力时吊弦处于线性压缩状态，达到最大压缩力后继续压缩则压缩力恒定。因此，建立吊弦的拉压非线性模型：

式中，F_d表示吊弦上的力，拉伸时为正，压缩为负；K_t为吊弦的拉伸刚度(取值为1×10⁵N/m。)，K_c为吊弦的压缩刚度，根据吊弦压缩试验获取；Δd为吊弦拉伸量，当其大于零时，代表吊弦处于拉伸状态，当其小于零时，代表吊弦处于压缩状态；F_m为吊弦的最大压缩力，与吊弦初始长度相关。

步骤5：建立小结构高度双弓-网耦合模型，选用欧拉-伯努利梁单元来模拟接触线、承力索以及定位器，选用步骤4中建立的吊弦拉压非线性模型来模拟吊弦，选用质量单元来模拟所有的线夹，选用归算质量模型模拟受电弓，采用罚函数法实现弓网接触计算。

本发明的有益技术效果为：

本发明通过试验研究短吊弦压缩特性，建立吊弦拉压非线性模型并纳入弓-网动力学仿真模型中，能够用于小结构高度弓网系统的动力学仿真；本发明考虑了短吊弦压缩对弓-网受流质量的影响，弥补了传统弓-网模型中由于吊弦只受拉不受压无法反映小结构高度接触网动态特性的不足，是研究小结构高度接触网受流质量的先决条件。

附图说明

图1为短吊弦试件长度示意图。

图2为吊弦压缩试验装置原理图。