基于雨流计数法的接触线疲劳寿命分析

电气化铁路向高速化方向发展,为保证结构的安全性,对接触网进行精确的疲劳分析至关重要。本文使用APDL语言编制命令流,对柔性悬挂接触网的接触线进行疲劳寿命估算,并给出具体步骤。采用改进的雨流计数法,对接触线各单元的疲劳应力谱进行统计处理,得到各单元的各级应力幅值、应力均值与相应的应力循环数;用Miner线性疲劳累积损伤理论得到接触线各单元的疲劳寿命值。针对一组参数,得到接触线各跨的安全运行次数与折算年限,分析接触线疲劳寿命的不利位置,研究不利位置的应力时程特征,为柔性悬挂接触网系统的设计和工程实际施工与维护提供重要依据。     

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。     

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。     

基于雨流计数法的弹性链型柔性悬挂接触网疲劳寿命分析

采用APDL语言编制命令流,对弹性链型悬挂接触网的接触线进行疲劳寿命估算。文中给出了求解接触线寿命的步骤,采用改进的雨流计数法处理接触线的疲劳应力谱,得到各单元的各级应力幅值、应力均值与相应的应力循环数,用Miner线性疲劳累积损伤理论得到接触线各单元的疲劳寿命值。在相同参数的条件下,分析了影响接触线寿命的因素,包括跨距、接触线和承力索预张力、截面面积、列车行驶速度、抬升力、干摩擦等,比较简单链型和弹性链型悬挂接触网对接触线寿命的影响,对比各种参数找出影响接触线疲劳寿命的几个关键因素,为弹性链型悬挂接触网系统的设计和工程实际施工与维护提供重要依据。     

大跨度悬索桥抖振的概率疲劳累积损伤分析

为探讨脉动风作用下大跨度悬索桥的抖振疲劳问题,在桥梁抖振时域分析基础上,得到悬索桥构件的应力响应时程.采用雨流计数法对不同等级风速作用下的应力循环进行统计,同时假设构件疲劳寿命服从威布尔分布,得到风振的疲劳累积损伤及可靠度分析方法.最后以东海某大跨悬索桥为对象进行了详细探讨.结果表明:该桥的主缆及吊杆在脉动风荷载作用下有足够的疲劳可靠度,不会出现疲劳破坏;加劲梁在高风速下抖振疲劳损伤较大,在运营过程中,应加强对加劲梁在强风作用后的损伤检测.     

高速铁路接触网系统气动弹性模型风洞试验研究

为研究高速铁路接触网系统的风振特性,按照气动弹性模型相似理论建立5柱4跨接触网系统的气动弹性模型,并进行其风洞试验;采用加速度传感器、激光位移计以及三维动态激光位移计,分别测量腕臂结构的加速度、位移以及接触线三维动态位移,研究均匀流场(试验风速级数范围为3~14m·s-1)和紊流度为20%的紊流场(试验风速级数范围为2~8m·s-1)条件下风攻角为90°和60°时,接触网系统腕臂结构和接触线不同位置的风振响应。结果表明:相同风速下,接触线在紊流场中的位移响应大于在均匀流场的响应;风攻角对接触网挂线点和接触线的影响不同,相比较而言,60°风攻角对挂线点更为不利,而90°风攻角对接触线更为不利;同一吊弦区段内接触线跨中的3点风偏位移基本相同。     

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。     

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。     

H型钢接触网支柱在风荷载作用下的疲劳性能分析

H型钢接触网支柱在高速铁路中得到广泛使用,直接影响铁路接触网系统安全。长期处于风荷载作用下,H型钢接触网支柱存在疲劳问题。通过建立数值计算模型,应用热点应力的表面外推法,对H型钢接触网支柱柱脚焊缝在风荷载作用下的疲劳性能进行分析。以兰新高铁H型钢接触网支柱为例,依据热点应力-寿命曲线,计算支柱焊缝的疲劳寿命。分析结果表明:其他条件不变的情况下,改变型钢规格和柱高,热点位置不发生变化;随着支柱高度增加,疲劳寿命降低21%左右;随着型钢截面的增大,疲劳寿命增加23%左右。     

风力发电机组远程监控及风场风机管理软件的开发

为使风电机组可靠运行、高效发电及便于管理,开发了风机远程控制及风电场管理软件。该软件采用WINDOWS操作系统下的VC++加后台关系数据库、C/S(客户端\服务器)体系结构、多线程数据联系方式,界面友好,使用方便,现场运行可靠。文章描述了该软件数据库中风机特性表和数据处理表,介绍了其数据通信及处理模块等主要模块及部分关键技术。     

运行车辆风环境参数对其气动特性与临界风速的影响

随着我国高速铁路建设和既有线列车的提速,强风作用下的行车安全问题变得越来越突出。本文首先分析了运行车辆风环境参数,如自然风大小、风向角、列车运行速度等与列车气动力之间的关系,得到了包含这些参数的气动力解析表达式;然后以CRH2列车为例,详细分析单一风环境参数对其他参数及列车气动力的影响;最后在同时考虑多参数的前提下,比较了风环境参数对临界风速的影响。研究成果为深入认识运行列车气动特性和制定提高行车安全的保障措施提供参考与依据。     

接触网风载故障的探讨

主要阐明在风载的作用下，在接触网定位点处发生的弓网故障进行剖析，从中找出诱发故障的真实原因，制定合理的改造方案。     

南疆铁路大风区桥梁挡风结构研究与设计

简要介绍南疆铁路吐鲁番—库尔勒段增建二线大风区桥梁挡风结构研究与设计的总体情况。首先实测收集风区典型桥位处大风资料,分析确定模拟计算、实验分析所需要的风场特性;收集国内外桥梁挡风结构不同形式的工程实例,拟定不同高度与不同透风率的挡风结构设计方案。其次采用CFD数值模拟计算的方法,对挡风结构的各项参数进行对比分析研究,根据分析结果确定较为合理的挡风结构参数,再通过风洞试验进行验证。最后根据CFD数值模拟计算及风洞试验结论,完成桥梁挡风结构的计算与设计,并对目前南疆线采用的通桥(2005)2101简支T梁设置挡风结构后的强度、刚度进行计算分析,分析评判其适用性及安全性,根据设置挡风结构的构造及满足受力需要,局部修改加强通桥(2005)2101简支T梁设计图。     

风力发电励磁系统研究

采用具有优良输入、输出特性的双脉宽调制(PWM)控制的交-直-交变频器作为交流励磁发电机的励磁电源.仿真实验表明:基于动态同步坐标轴系的双通道解耦励磁控制策略能够实现交流励磁发电机有功、无功和转速的独立调节.双PWM变换器具有功率双向流动,输入和输出谐波电流小,动态性能优良,功率因数可调等优点,是交流励磁发电机的理想励磁电源.     

车辆溜放运动中风阻力影响研究

车辆溜放运动方程是驼峰自动化建模的基础理论,长期以来工程应用中一直按匀变速运动简化处理,不够精确。本文从研究车辆溜放风阻力着手,建立风阻力与溜放速度间的二次方程,通过数学推导获得溜放车辆的非匀变速运动方程,较匀变速运动方程能够更加精确地反映驼峰车辆溜放的运动规律。该方程已作为数学模型成功应用于驼峰自动化系统车辆溜放速度的精确控制与分析,收效甚好。该方程可供驼峰设计方法改进、车辆溜放阻力精确测量和驼峰溜放仿真时借鉴。     

沪昆高铁北盘江特大桥导风栏杆防风效果风洞试验研究

为满足列车在25 m/s风速下以设计速度350 km/h安全通过桥梁,以沪昆高铁北盘江特大桥为工程背景,研发一种桥梁防风装置—导风栏杆。每根导风栏杆由挡风面、导风角、通风孔、加强肋、安装孔构成,挡风面近似为一个扇形结构,上部有导风角,挡风面上部均布通风孔。每根导风栏杆以一定的间距排列,通过螺栓与下部预埋组件相连。通过风洞试验和风-车-桥耦合分析对导风栏杆进行防风效果验证。结果表明:导风栏杆的应用解决了列车在大风情况下的全速安全运行问题,同时提高了列车的乘坐舒适性。导风栏杆兼具挡风、导风、栏杆功能于一体,同时发挥了桥梁防风、行人安全防护的功能。大部分风通过带折角的倾斜导风叶片进行转向,减小了风荷载对导风栏杆的受力,同时减小主梁的受力。     

新疆铁路百里风区大风特征统计分析

通过对新疆铁路百里风区大风特征统计分析,归纳出百里风区具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等规律,并得到不同时距风速统计关系和风区风速地域分布特征,为今后新疆铁路大风地区完善行车组织办法和防风减灾工程研究提供依据。     

兰新铁路百里风区风沙流结构特性研究

通过对兰新铁路百里风区戈壁风沙流进行现场观测研究,提出风沙流密度的新概念,解决风沙流研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化特点的重大技术难题。根据现场实测资料分析,揭示风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系,阐明临界风速的概念,认为风区建(构)筑物所承受的压强为净风压与沙粒冲击压之和。在自然风速超过临界风速情况下,风区建(构)筑物所承受风沙流压强以沙粒与建(构)筑物碰撞压力为主,这与传统设计中以净风压作为风荷载设计完全不同,解决了风区工程设计中遇到的技术难题,避免由于对戈壁风沙流的认识不足而造成的损失,对即将修建的兰新二线提供一定的借鉴和参考,对戈壁地区风沙流科学的完善也具有一定的意义。     

风剪切效应下风电机组的纹波传递机理分析

风剪切效应会使风力发电机组中各环节的状态发生变化,进而影响最终并网电能的质量。为了对风剪切效应下所受影响环节进行分析,文章以直驱永磁同步风力发电机组隐极式发电机为例,从风轮角度逐一分析由风剪切效应所造成纹波由风力发电机组机械侧传播至电磁侧的过程以及各环节扰动间的关系。分析结果表明,风剪切效应在风轮叶片、发电机转速及塔架等环节中均产生了不良影响,若不加以抑制,还会影响发电机组的并网电能质量。