風荷載作用下高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)套管單耳結構強度及疲勞分析.pdf

1、套管單耳結構和性能的好壞對接觸網(wǎng)系統(tǒng)運營的安全和可靠性將產(chǎn)生重大影響。本項目對接觸網(wǎng)支撐系統(tǒng)腕臂中的套管單耳結構的靜力學強度和疲勞強度進行分析和研究，幫助判斷和預測接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠性，為套管單耳結構和性能的優(yōu)化提供理論支持。本項目的研究有助于提高弓網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行水平。
　　本文首先對弓網(wǎng)動態(tài)接觸過程進行仿真建模，對弓網(wǎng)系統(tǒng)各部分結構在弓網(wǎng)動態(tài)接觸過程的力學狀態(tài)進行分析。采用迭代建模、非線性彈簧子程序描述吊弦在預緊力和重力共同

2、作用下的長度確定過程;采用與時間相關的瞬態(tài)分析類型以及接觸的描述來描述弓網(wǎng)動態(tài)接觸的耦合分析。建立了包括腕臂、接觸網(wǎng)和受電弓在內(nèi)的接觸網(wǎng)系統(tǒng)和受電弓結構動態(tài)接觸耦合仿真的模型描述方法。以歐標EN50318參考模型為例對弓網(wǎng)動態(tài)接觸過程采用有限元方法進行計算機仿真分析，仿真結果與歐標參考結果一致，驗證了仿真方法的正確性。
　　根據(jù)GB50009-2001《建筑結構荷載規(guī)范》獲取高鐵仿真路段接觸網(wǎng)高度處的平均風速;采用自回歸（Auto

3、Regressive）模型和達文波特（Davenport）譜，在Matlab軟件中進行脈動風速時程的模擬。將平均風和脈動風的時程曲線進行線性疊加，獲取了高鐵仿真路段的環(huán)境風場的時程曲線，并依此得到接觸線、吊弦、承力索所受風荷載的大小，最后將風荷載疊加到所建立的京滬高鐵直線段與曲線段的有限元仿真分析模型中。建立包括受電弓、接觸網(wǎng)和腕臂的弓網(wǎng)動態(tài)耦合系統(tǒng)有限元分析模型，仿真模型客觀地反映弓網(wǎng)高速接觸、空氣動力、環(huán)境風等載荷作用下的弓網(wǎng)接觸狀

4、態(tài)變化，仿真結果與試驗結果及理論計算值的誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。仿真方法應用于實際線路仿真可行。
　　利用高鐵實際路段仿真中得到的套管單耳動態(tài)受力極值，在MSC.Marc軟件中根據(jù)高鐵零件技術規(guī)定進行套管單耳的強度校核。根據(jù)名義應力法，根據(jù)套管單耳結構的幾何特征、材料疲勞屬性以及動態(tài)接觸過程中得到的疲勞載荷信息，在MSC.Fatigue中進行套管單耳的疲勞強度計算。計算結果表明，在時速350km/h，橫向平均風速23.66m/s的情況下