風(fēng)區(qū)鐵路接觸網(wǎng)風(fēng)偏檢測技術(shù)及數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、強(qiáng)風(fēng)地區(qū)鐵路接觸網(wǎng)的防風(fēng)安全對確保高速鐵路運(yùn)輸安全、提高運(yùn)輸效率具有重要意義，本文采用機(jī)器視覺技術(shù)對接觸網(wǎng)關(guān)鍵部位風(fēng)偏量、接觸網(wǎng)支柱振動量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行在線檢測，結(jié)合有限元靜、動力學(xué)數(shù)值仿真及空氣動力學(xué)流場分析結(jié)果，研究試驗(yàn)現(xiàn)場不同接觸懸掛定位方式等條件下接觸網(wǎng)風(fēng)偏響應(yīng)機(jī)理。
　　論文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于機(jī)器視覺的電氣化鐵道接觸網(wǎng)風(fēng)偏量檢測技術(shù)，通過靜、動態(tài)特征點(diǎn)目標(biāo)靶面匹配及觀測基準(zhǔn)失穩(wěn)運(yùn)動補(bǔ)償，以支柱頂端面陣CCD相機(jī)的靜態(tài)特

2、征點(diǎn)靶面動態(tài)投影反饋支柱振動響應(yīng)，結(jié)合動態(tài)特征點(diǎn)靶面投影中心的像素坐標(biāo)偏移反推接觸懸掛動態(tài)特征點(diǎn)的絕對風(fēng)偏像素偏移，從而實(shí)現(xiàn)接觸導(dǎo)線、承力索及吊弦等接觸懸掛關(guān)鍵部位的橫向、抬升風(fēng)偏及扭轉(zhuǎn)角三分量運(yùn)動檢測。檢測算法的實(shí)現(xiàn)上，建立了攝像機(jī)坐標(biāo)系下觀測基準(zhǔn)失穩(wěn)運(yùn)動的靜態(tài)特征點(diǎn)運(yùn)動反饋數(shù)學(xué)模型，基于接觸網(wǎng)支柱的懸臂梁力學(xué)模型分析了最惡劣風(fēng)環(huán)境下支柱在CCD相機(jī)安裝高度位置的最大撓度及轉(zhuǎn)角值，依據(jù)所得參數(shù)進(jìn)一步分析了基準(zhǔn)失穩(wěn)所導(dǎo)致的檢測誤差構(gòu)成，

3、同時(shí)在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建并優(yōu)化了支柱結(jié)構(gòu)的振動檢測數(shù)學(xué)模型和動態(tài)特征點(diǎn)的絕對風(fēng)偏檢測數(shù)學(xué)模型;圖形處理算法的實(shí)現(xiàn)上，針對現(xiàn)場復(fù)雜光照條件和背景干擾，提出了基于改進(jìn)RGB特征算子的自動閾值尋優(yōu)分割算法和基于對比度拉伸的一階亮度矩尋優(yōu)分割算法，并以彩色圖像分割得到的二值化圖像為條件構(gòu)造了基于面積法和幾何法的目標(biāo)偏移及扭轉(zhuǎn)特征提取算法。
　　論文從理論和數(shù)值計(jì)算兩方面分別對鐵路接觸網(wǎng)風(fēng)偏數(shù)值仿真方法進(jìn)行了研究。理論建模方面，基于平均風(fēng)速的靜態(tài)

4、計(jì)算法分別對簡單自由懸掛和全補(bǔ)償鏈形懸掛的風(fēng)偏理論公式進(jìn)行了推導(dǎo)，考慮沿跨長方向吊弦動態(tài)作用力變化對風(fēng)偏理論模型進(jìn)行了修正。數(shù)值仿真方面，針對接觸網(wǎng)用多股絞線結(jié)構(gòu)的股間幾何協(xié)調(diào)及材料彈性理論，構(gòu)造了一種既能精確模擬絞線力學(xué)行為、又能最大程度減縮求解自由度的新型有限元分析模型;建立了柔性、大跨距、大變形接觸網(wǎng)懸索結(jié)構(gòu)的幾何非線性有限元求解列式;考慮接觸懸掛與支撐結(jié)構(gòu)的互約束創(chuàng)建了能夠反映不同定位方式下不同風(fēng)偏響應(yīng)機(jī)制的接觸網(wǎng)耦合分析體系;

5、基于WAWS諧波合成法生成隨機(jī)風(fēng)場作為分析的載荷條件輸入。
　　采用提出的風(fēng)偏視覺檢測技術(shù)和數(shù)值模擬方法，論文通過現(xiàn)場試驗(yàn)、理論模型及有限元分析、三維流場數(shù)值仿真分別對試驗(yàn)段接觸網(wǎng)特征點(diǎn)風(fēng)偏響應(yīng)和現(xiàn)場地形地貌影響下導(dǎo)線部位的流場分布進(jìn)行了深入研究，針對接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)的定位形式等不同條件得出了一系列有意義的結(jié)論。結(jié)果表明，論文提出的接觸網(wǎng)風(fēng)偏視覺檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對惡劣大風(fēng)環(huán)境下接觸懸掛關(guān)鍵部位風(fēng)偏量、接觸網(wǎng)支柱振動量的實(shí)時(shí)在線可靠檢測，