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。     

高速铁路接触网风致振动与风偏的动态计算方法

利用ANSYS软件建立接触网弹链、简链风致响应有限元模型,从导线弛度、张力及弹性角度,验证有限元模型的准确性;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;计算系统在风荷载作用下的动态响应,利用空气动力学理论计算接触网平均位移,采用时程分析方法计算接触网动态位移,并将二者叠加得到接触网风致响应总位移。通过开展接触网气动弹性风洞试验,结果表明:提出的基于有限元的风致振动与风偏的动态计算方法与风洞试验结果基本吻合;该方法计算结果准确,具有较好的工程应用价值。     

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。     

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。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

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.     

接触网空间相关随机风场的模拟研究

针对接触网的结构特点,在不降低精度的前提下,对风速相干函数及功率谱密度函数进行了适当简化,提出了基于多变量谐波合成法的接触网随机脉动风速场的模拟模型。该模型采用了适合接触网脉动风场计算的沿高度不变的Davenport谱,考虑了紊流风速在不同节点的相关关系,同时引入了水平风速的相位差;利用FFT(the fast Fourier transform technique)技术来代替谐波叠加的算法提高了谐波项合成效率。最后,应用该方法模拟了新疆兰新线百里风区接触网的随机风场。计算结果表明,互功谱密度函数、互相关函数与目标结果非常吻合,说明所提出的模型可以准确地模拟出适合接触网结构的随机脉动风场。     

京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案行车临界风速分析

提出一种在风荷载作用下对列车桥梁时变系统空间振动响应进行仿真计算的有效方法。针对京沪高速铁路南京长江斜拉桥方案。考虑脉动风沿桥梁纵向的空间相关性，随机模拟出沿桥跨若干点处的风速时程曲线，采用时域分析法对脉动风作用下高速列车通过该桥时的车桥时变系统动力响应进行较详细的分析。从安全性与舒适性两方面计算分析该桥列车行车的临界风速，得出了该桥能确保安全与舒适行车的预警风速和能确保安全行车的封闭桥梁风速。     

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。     

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。     

兰新线嘉乌段接触网设计风速探讨

本文主要阐述了改建铁路兰新线嘉峪关至乌鲁木齐西段百里风区内的接触网设计风速及接触网结构校验等效风速的确定;提出了在接触网设计过程中,根据具体的分析来确定何时采用风偏设计风速,何时采用结构校验等效风速,在设计中二者不能等同;通过对当地气象资料的分析,确定在风灾害地区结构设计风速的取值;另一方面分析了风效应的影响程度,从静力学及动力学角度分析,在现实工程设计中如何考虑横向风振即脉动风对接触网的影响。     

风载作用下大型升船机支承结构的动力响应分析

正确分析风荷载对结构的动力作用是设计既经济又安全结构的重要保障.采用了文献[1]研究的大型支承结构的广义悬臂梁力学模型及其自振频率和主振型,将风荷载分为平均风和脉动风,根据随机振动理论,用模态叠加法分别计算了大型支承结构在平均风和脉动风下的顺风向风振响应,并给出了算例.     

赤石特大桥索塔三分力系数识别与抗风时程分析

介绍风速时程模拟方法,特别针对谐波合成法进行论述。以赤石特大桥为例,采用Fluent软件进行-4°～4°攻角范围内特定截面的三分力系数模拟分析,结果表明,当攻角为1°时,阻力系数最大。根据现场采集的风速样本,针对5号塔进行抗风时程分析,研究结果表明:采用不同的计算标准,动力系数结果并不一致,甚至当以横桥向弯矩为标准,脉动风荷载作用下索塔没有表现出动力放大效应;在桥面脉动风荷载作用、塔顶脉动风荷载作用下,塔顶的最大位移、索塔底部最大应力均在容许范围之内;索塔横桥向刚度远大于顺桥向,抗风分析应以顺桥向为主;采用不同的标准计算动力系数结果不同,进行拟静力分析时建议采用动力系数的最大值。     

风载作用下大型升船机支承结构的动力响应分析

正确分析风荷载对结构的动力作用是设计既经济又安全结构的重要保障，采用了文献[1]研究的大型支承结构的广义悬梁力学模型及其自振频率和主振型，将风荷分为平均风和脉动风，根据随机振动理论，用模态叠加法分别计算了大型支承结构在平均风和脉动风下的顺风向风振响应，并给出了算例。     

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。     

接触网结构风载的影响分析

结合接触网结构的受力特征 ,分析了影响风速取值的各种因素以及接触网结构风荷载的影响 ,比较不同国家风速取值因素 ,提出了相应的建议。     

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。     

接触悬挂吊弦计算方法研究

对奥运工程京津城际专线的接触悬挂进行分析,计算整体吊弦的精确下料、长度和动力特性。接触网属于柔性悬挂结构,用传统的力矩计算方法要进行精确计算较为困难。有限元法是结构分析计算的有力工具,但在悬挂结构计算中应用较少。将接触网按照索结构原理建立计算模型,用非线形有限元方法建立方程,解决了吊弦长度的计算问题。算例表明,只要建立接触悬挂的刚度矩阵和荷载矩阵,就可以对接触网的吊弦长度进行准确的计算,这是传统的计算方法难以做到的。与传统的简化方法比较起来,用非线形有限元方法计算的结果更为精确,可大大提高施工下料的准确性,减少材料浪费,对我国电气化铁路的高速化有重要的意义。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

接触网设计风速的取值

风荷载是接触网设计中主要的可变荷载,风速取值的正确与否对接触网的运行安全及系统的经济性至关重要。本文指出了常规设计中在风速取值及风荷载计算方面存在的问题,通过借鉴其他行业及国外做法,结合本行业特点,提出与风速相关的各参数的取值建议。