一种新型有限元模型在接触网绞线力学特性分析中的应用

针对多股捻制绞线力学模型提出一种新型有限元分析方法。采用分段截面轨迹节点扫略和滚动节点梁单元映射实现单股绞线有限元拓扑模型的自动生成;通过建立辅助极坐标系和局部笛卡尔坐标系,基于各向同性材料的弹性理论和绞线边丝与中心丝的几何协调分别建立拉伸和弯曲载荷作用下单股绞线边丝节点、同截面中心丝节点和相邻截面中心丝节点的位移约束方程,并将该方程推广应用至多股绞线结构; 结合Timoshenko 梁理论和Lagrange 乘子法实现绞线结构有限元分析求解。最后,采用该方法对1 个捻距长度的双股和单股绞线结构分别进行拉伸和弯曲2 种载荷工况下的有限元分析,并与Costello 理论计值进行比较。研究结果表明:该有限元分析模型能够精确模拟和预测绞线的力学特性,并为接触网承力索等绞线结构的力学分析提供理论模型和依据。