强风地区接触网动力稳定性分析

以兰新线强风地区某段接触网为研究对象,根据接触网的结构特点,利用通用有限元分析软件ANSYS建立单个锚段的支持结构与线耦合的有限元模型。采用Davenport功率谱模拟了适用于接触网结构特点的风速时程,应用非线性有限元法获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程;根据特征响应点的风振响应时程,运用Budiansky-Roth准则和动态增量法分析比较接触网结构特性对接触网动力稳定性的影响。分析结果表明:由于兰新线百里风区的最大风速达到了74m.s-1,因此选用跨距小于50m、承力索张力大于15kN的接触网结构较为适宜;通过适当增加承力索张力、减小接触网跨距和降低接触导线高度等措施可有效改善接触网结构的抗风稳定性,而增加吊线数对提高接触网动力稳定性的效果较小。     

高速铁路接触线气动力特性的风洞试验研究

对我国高速铁路接触线的2∶1比例尺模型进行风洞试验,测量接触线模型在不同紊流场中不同风速下受到的顺风向阻力、横风向升力和垂直方向扭矩,分析接触线模型的阻力系数、升力系数和扭矩系数随风攻角的变化规律,研究接触线模型的截面凹槽对其气动力特性的影响;运用邓哈托垂直振动理论,分析接触线模型的舞动稳定性.结果表明:在-45°和45°风攻角附近,由于风向与接触线模型截面凹槽的斜边接近垂直,使接触线模型受到的气动阻力明显升高;紊流场的增大会降低接触线的气动稳定性,二者呈非线性关系;在无覆冰情况下接触线模型受到的扭矩极小,接触线模型舞动主要是由横风向升力的变化引起;接触线舞动的临界风速与其自振圆频率和机械阻尼成正比.     

计及风沙流影响的接触线振动响应研究

基于风沙荷载的协同激励会加剧接触线的摆动幅度、增大事故发生概率,为了加深对接触网风沙荷载致振机理的认识,利用有限元软件ANSYS建立兰新高铁接触网模型,采用谐波叠加法模拟脉动风场,通过流体力学软件Fluent获得接触线气动系数并计算风沙荷载,仿真分析风沙流对接触线振动的影响。研究结果表明:风沙流作用下接触线气动系数随攻角的变化趋势与净风基本一致;接触线横向、垂向振动位移随携沙量的增大而变大,风速20 m/s攻角0°沙粒体积分数取0.000 100时,横向、垂向最大振动位移分别比净风增大21.9%和12.0%;接触线的横向、垂向振动位移增长率与沙粒体积分数之间均符合高度线性相关关系,相关系数都近似等于1。     

随机风场下高速铁路接触线风振疲劳分析

高速铁路接触网在随机风场的作用下产生短周期变化的应力循环,影响接触网的疲劳寿命。本文采用Davenport和Panosfsky功率谱分别模拟适用于接触网系统的水平和竖直方向上的脉动风时程,推导了作用在接触网上的气动力。在有限元分析软件MSC-Marc中建立高速铁路接触网有限元模型,通过非线性有限元求解得到随机风场下接触线各单元的应力时程。运用改进的雨流计数法对疲劳应力谱进行统计处理,并经Goodman直线修正,得到每个应力循环的等效应力幅值。基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,对接触线特征单元的疲劳寿命进行估计。研究结果表明:在强风地区,脉动风对接触网风振疲劳影响较为显著;接触线的风振疲劳不利位置出现在定位点和吊弦点处;风攻角决定了接触线风振疲劳不利位置的具体分布。研究结果可为强风地区接触网疲劳设计、日常维护及故障分析提供依据。     

高速铁路覆冰接触线气动系数研究与风振响应分析

为分析高速铁路接触网线索覆冰对接触线风振响应的影响,首先采用流体力学计算软件Fluent对不同覆冰厚度的接触线进行绕流仿真,分析覆冰对接触线气动系数的影响,然后对作用在接触网上的平均风和脉动风载荷进行计算和仿真,用有限元分析软件MSC-Marc建立高速铁路接触网有限元模型。最后,分别将平均风和脉动风载荷施加到有限元模型中,研究不同覆冰厚度对接触线风致振动响应的影响。研究结果表明:接触线覆冰对其气动参数影响较大;高速铁路接触网风振主要由脉动风引起;线索覆冰厚度增加会导致接触线的风偏增大,也会改变接触线的风振形式;覆冰接触线的振幅随覆冰厚度的增加而增大。因此,应避免线索覆冰对高速铁路接触网系统的危害。     

强风地区接触网风振响应分析

接触网体系兼有高柔性、大跨度等特点,具有非常强的几何非线形,对风荷载非常敏感。强风地区因风载所致的损坏是接触网体系经常发生的破坏形式之一。以新疆强风地区某段接触网为研究对象,针对接触网的结构特点,利用通用软件Ansys建立了单个锚段的支撑结构与线耦合的有限元模型,并采用Davenport功率谱模拟了针对接触网结构特点的风速时程,采用非线形有限元法,获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程,并与利用传统的风荷载计算方法(静态方法)的风振响应进行了比较分析。结果表明:脉动风对接触网的风振响应影响很大,采用传统计算方法(静态方法)计算结果偏于不安全,在设计时应考虑脉动风的影响,采用动态计算方法。     

隧道结构内列车风荷载下接触网系统的风致振动响应

以高速铁路隧道内接触网为研究对象,建立列车-隧道结构-接触网系统-空气的流固耦合计算模型,分析高速铁路隧道内列车风荷载下接触网系统的振动响应特性。研究结果表明:列车风荷载作用下接触网系统振型主要表现为,以沿着隧道纵向的前后摆动为主,左右摆动和扭转为辅;接触网系统的动位移和加速度的振动时间与振幅均与列车风相一致,即在列车风出现时接触网开始出现振动,车头达到时风速开始加大,振动位移、速度和加速度同步增大,在车尾经过时达到最大值,各方向分量的振动幅度大小顺序为:纵向分量横向分量竖向分量;衬砌的振动响应特性与接触网类似,但动位移的主频和振幅相对较少。研究结果可为高速铁路隧道内接触网的设计和施工提供参考。     

基于风场模拟的接触网b值动态响应分析

接触网线索受风振动会造成b值变化,为了将风荷载引起的变化量剔除,对随机风场作用下的接触网进行仿真研究。利用ANSYS软件建立全补偿简单链形悬挂接触网模型;采用谐波叠加法模拟得到随机风场;分析b值风致变化的机理,仿真完成了接触网模型在不同随机风荷载作用下的动态响应分析。研究结果表明:接触网b值风致变化是线索受风偏移导致的结果,横向偏移起主要作用;脉动风场作用下接触网各跨会随机产生不同大小的补偿位移,随着风速提升补偿位移振幅相应变大且变化率呈增大趋势;对于半个锚段12跨接触网,当风速达到41m/s时,补偿位移振幅为60.61 mm,接近棘轮补偿装置断线b值变化量,说明识别断线事故时应考虑风振的影响。     

大跨度自锚式悬索桥整体抗风性能模型试验研究

以株洲枫溪大桥为工程背景,采用有限元计算和全桥模型试验相结合的方法,研究大跨度自锚式悬索桥的抗风性能。研究结果表明:在各个典型风荷载工况作用下,结构的颤振临界风速均高于桥位处的颤振检验风速。在均匀流场作用下,随着风速的增大,结构的动力响应极值均呈增大的趋势,竖弯位移、扭转角的平均值均逐渐减小(绝对值逐渐增大),侧弯位移平均值逐渐增大,而脉动值受风速影响不大。在紊流场作用下,随着风速的增大,结构的动力响应极值、平均值以及各类响应的脉动值均逐渐增大。在紊流场设计基准风速作用下,结构跨中竖弯位移平均值可达4.4 cm,需采取适当的抗风稳定措施。     

接触网系统最不利地震动输入方向分析

以电气化铁路常用的三角腕臂接触网系统为原型,建立5柱6跨接触网系统有限元模型,采用反应谱法,通过对接触网系统有限元模型不同方向施加地震荷载,展示不同地震动输入方向接触网系统各部分的地震响应,得到最不利地震动输入方向为纵向地震,抗震计算时也应考虑横向地震与竖向地震对悬挂结构产生的较大振动,为接触网系统抗震研究提供参考.     

高速列车过隧道时对接触网安全性的影响分析

为研究高速列车过隧道时对接触网系统安全性的影响,采用数值模拟的方法,利用滑移网格技术,对不同编组的高速列车以350 km/h的速度分别通过单线隧道和双线隧道的过程进行仿真,通过监测吊柱位置处的气流速度和气体压力,得到隧道内活塞风特性;基于气动特性仿真结果,对接触线风振响应进行模拟仿真,得到隧道内接触线位移偏量范围。结果表明,列车编组越多,隧道断面越小,列车车速越大,形成的列车风速度越大,气动特性越显著;列车进入隧道入口瞬间,接触线有最大正向位移偏量为2.92 mm。     

基于形态学-小波的接触网断线故障检测研究

针对接触网监测中棘轮补偿装置坠砣风振位移与断线位移容易混淆的问题,提出一种基于形态学-小波的断线故障检测方法。利用有限元软件ANSYS搭建接触网模型,采用谐波叠加法模拟脉动风场,通过瞬态动力学仿真模拟接触线b值的风振位移曲线;构造出无干扰断线信号和有风振分量干扰的断线信号,采用基于形态学方法的交替混合滤波器对含噪信号进行消噪处理;对信号做小波变换并根据模极大值原理计算Lipschitz指数实现断线故障的检测。研究结果表明:形态学滤波方法能够完整保留断线故障特征;断线点Lipschitz指数最大值不超过0.11,风振位移Lipschitz指数最小值不低于0.25,将Lipschitz指数作为定量判据可以有效区分坠砣的断线位移和风振位移,该检测方法具有较高的实际应用价值。     

脉动风下高速铁路接触网抖振对弓网受流性能的影响

接触网系统在短周期脉动风的作用下,会发生抖振现象,从而引起弓网受流的恶化。本文考虑作用在接触网上的水平与竖直脉动风和静风载荷,推导作用在接触网系统上的抖振力模型;采用Davenport谱和Panosfsky谱,运用谐波合成法分别模拟水平和竖直方向上的脉动风时程;利用有限元分析软件MSC-MARC建立弓网耦合模型,将抖振力施加到接触网模型中,分析接触网在脉动风下的风振响应,对脉动风作用下的弓网系统进行动态仿真,研究脉动风下接触网抖振对弓网动态受流性能的影响。研究结果表明:脉动风引起的接触网抖振对弓网受流影响很大,在研究接触网风振响应和弓网动态特性时,应综合考虑静风载荷和脉动风载荷的影响;脉动风攻角的变化对弓网受流影响明显,风攻角是研究风载荷下弓网受流性能时不可忽视的因素。     

二维和三维弓网耦合动力学模型适用性分析

针对二维和三维弓网耦合动力学模型,根据接触网模态、接触压力、接触线抬升位移、弓头振动加速度及其频谱特性,分析了两种模型在弓网耦合动力学仿真中的区别;采用三维弓网模型分析了接触网在横风作用时,接触线风振位移对弓网接触压力的影响。计算结果表明二维和三维弓网模型获得的仿真结果基本一致,弓网横向相对运动对其垂向动力学行为影响较小;三维模型适用于横风条件下的弓网动力学仿真,横风载荷对弓网接触压力具有显著影响,导致弓网受流质量变差。     

金海特大桥主桥抗风性能试验研究

为检验主跨3×340 m的挑臂式钢箱梁斜拉桥在施工阶段和运营期的抗风安全性,分别开展节段模型和全桥气弹模型风洞试验,模拟该桥在成桥状态和最不利施工阶段的风致响应.节段模型风洞试验结果表明:施工阶段和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,未发生明显涡激共振.全桥气弹模型风洞试验证实在施工阶段和成桥运营阶段,实桥风速达到109.5 m/s时桥梁未发生颤振、扭转发散等静力失稳现象.增设抗风缆后,在各个试验风速下,均匀流场和紊流场中主梁竖向位移均方根最大减小幅度分别为84％和94％,扭转角均方根最大减小幅度分别为64.6％和53.8％,显著降低了施工阶段主梁风致响应,提高了桥梁施工安全性.     

大跨度悬索桥施工状态风洞试验研究

重庆轨道交通专用桥为双塔自锚式悬索桥,其主跨跨度大且高度深,由于采用"先斜拉,后悬索"的施工工艺,因而施工吊装等阶段受风荷载影响较大。通过开展大桥风洞试验,对全桥在最不利施工状态下加劲梁的风致静动力响应如均匀流场及紊流场中的风速范围、振动幅度和临界风速进行分析。结果表明,最不利施工状态下加劲梁的抗风性能满足规范要求。     

强侧风下接触网响应特性及弓网运行安全分析

采用非线性有限元分析软件建立接触悬挂模型,模拟强侧风工况,进行接触网风致响应特性及弓网运行安全问题分析。对简单链形悬挂、弹性链形悬挂进行风致位移对比分析,结果表明在接触网抗风性能方面简单链形悬挂较好;对4种典型接触悬挂组合的承力索与接触线风致水平位移进行同步性分析,得出接触悬挂最佳匹配张力;对不同跨距参数的接触悬挂进行风致位移对比分析,对照强侧风条件下的弓网运行安全评价指标,得出缩小跨距至45m以下确保安全、悬挂组合JTMH95+CTS150抗风性能较好等结论;对接触悬挂和支持结构进行风致应力响应分析,得出接触网防风薄弱点为接触线和承力索、吊弦、套管双耳、承力索座、定位器支座及定位线夹等零部件。     

接触网支柱挠度设计标准的探讨

介绍了国内外接触网支柱挠度设计标准的有关规定,分析了接触线横向偏移的组成因素,结合京沪高速铁路对支柱、腕臂结构、基础的位移进行计算,并对挠度组成及影响进行定量分析,提出了支柱挠度设计标准建议,按不同挠度标准对支柱进行了技术经济比较,为制定设计规范提供依据。     

接触网定位器坡度计算及定位安全措施

研究目的:接触网定位器坡度是弓网关系的重要参数,定位器坡度不仅要满足受电弓动态包络限界的安全要求,还要满足其自身受力和抬升的基本要求,同时定位器坡度的计算应是接触网腕臂安装设计的核心,因此,探索并总结定位器坡度计算的原则、方法及采取的有关安全措施十分必要。研究结论:线路设计的参数和接触线额定张力、拉出值、跨距及定位器结构参数决定着定位器初始状态的坡度,合理确定接触线额定张力、拉出值及跨距等设计参数是定位器坡度安全可靠的前提。接触网腕臂安装设计应围绕着定位器计算坡度进行,否则将影响预配计算的精度甚至导致部分预配安装需要现场重新调整。采用定位管支撑及定位器防风拉线等措施,能够更好满足接触网几何结构在运行风荷载等作用下不偏离允许范围并保障受电弓运行安全,使得定位更为安全可靠。     

风攻角对分离双扁平箱梁涡振特性的影响

在均匀流场中进行了分离双扁平箱梁涡激振动节段模型风洞试验,研究了-5°~+5°间8个不同风攻角下分离双箱梁在D/B=0.1(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁的宽度)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。结果显示:+5°风攻角下,上下游箱梁的涡激振动受到了抑制,表现为振幅的减小和风速锁定区间的缩短;随着风攻角的逐渐变小,这种抑制效应逐渐变弱,并转变为放大效应;+2°风攻角下,单箱梁未发生涡激振动现象,但上下游箱梁均发生了比较明显的涡激振动。