地铁车辆弓网静态电接触的多场耦合模型及温升分析

当地铁到站或在线路上因故临时停车时，接触网仍需为列车提供电流，此时弓网接触部件因处于静止状态而存在局部过热的情况，严重时可能导致滑板热损伤甚至造成接触线断线事故。因此，地铁停车期间弓网电接触的温升研究具有重要意义。地铁列车弓网接触是热、力、电多物理场耦合的复杂行为，而弓网接触力、滑板热导率和接触线截面形状对弓网电接触有重要影响。本文针对受电弓滑板与接触线静态取流的工况，研究了接触电阻和接触热导的变化规律与建模方法，建立了热-力-电耦合的三维有限元分析模型，分析弓网接触力、滑板材料热传导率以及接触线磨耗对接触温升的影响。结果显示，增大弓网接触力、选用高热导率的滑板材料和改良接触线截面轮廓均可降低弓网接触温升。研究结果对接触线结构优化、滑板材料的选取及保障列车安全运行有重要参考价值。     

永磁同步牵引电动机温度场仿真分析

以一台永磁同步牵引电动机为例,根据其通风结构和传热特点,基于流体力学与传热学的基本原理,建立了电机流-固耦合的1/4物理模型。采用有限体积法对电机内部稳态温度场进行了仿真计算,并结合试验数据,对该电机的通风冷却结构进行了改进。电机温度场仿真结果和温升数值符合设计要求,温升试验数据验证了仿真计算结果的准确性,为该类型电机通风冷却结构的设计和温升计算提供了理论依据。     

地表锚杆预加固浅埋隧道的空间数值分析

采用考虑锚芯与灌浆体间剪切作用的三维锚杆单元,建立了地表锚杆预加固浅埋隧道的空间耦合数值分析计算模型,编制了空间弹塑性有限元-无限元-锚杆单元耦合程序,并通过与现场量测和室内模型试验研究成果的比较, 表明计算模型具有较高的计算精度,其分析方法对工程设计具有一定的指导意义.     

铁路信号继电器的温度场分析及试验验证

建立了铁路信号继电器在热-电耦合作用下的数学模型,通过得到的有限元模型分析了不同环境温度下铁路信号继电器温度场的变化情况,仿真计算过程中考虑了环境温度以及温度的冲击。结果表明:铁路信号继电器的温升随环境温度的升高而降低;触头的温度从室温到稳态温度呈对数增长,并计算得到触头的热时间常数,推导出触头温升的理论曲线;温度冲击对铁路信号继电器影响较大,触头温度与环境温度呈正相关。     

基于数值计算的制动电阻元件表面传热系数研究

在传统制动电阻设计中,获得电阻元件表面传热系数主要依靠设计经验或者定型产品的温升试验数据,并没有定量的计算方法。为了准确计算制动电阻运行过程中的瞬态温度变化情况,验证制动电阻设计方案的可行性,利用数值计算方法对制动电阻元件表面传热系数进行了研究,以稳态条件下求出的表面传热系数为基础,建立了电阻元件的瞬态温升计算模型,并综合分析了导热和辐射换热对电阻元件温度的影响。通过与制动电阻产品温升试验数据的对比,验证了该瞬态温升计算模型的准确性,为制动电阻工作温度的模拟提供了简便高效的方法。     

函数型摩擦系数条件下轮轨滚动和滑动接触的热机耦合分析

以直径为860mm的LMA型踏面轮对和60kg.m-1钢轨为例,在考虑轮轨间热传导以及轮轨与环境间的热传导和热辐射基础上,采用非线性有限元分析软件ABAQUS提供的mixed Lagrangian-Eulerian方法建立轮轨接触的热机耦合有限元模型,并采用隐式和显式相结合的方法分析轮轨滚、滑动接触工况下的热机耦合问题。结果表明:轮轨滚动接触时,轮轨间的摩擦温升较小、不影响轮轨表面的材料性能,工程上可以忽略其温度对轮轨接触特性的影响;轮轨滑动接触时,轮轨间的摩擦温升足以改变轮轨表面的材料性能,进而影响摩擦系数,且不同摩擦系数对轮轨接触热机耦合特性影响也较大,因此采用与相对滑动速度、温度和载荷等因素相关的函数型摩擦系数可以准确分析轮轨滑动接触的热机耦合特性。     

高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究

盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据。开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题。针对动车组用轴装制动盘制动过程,充分考虑制动闸片和制动盘的几何特性、运动特性和载荷工况,提出位移梯度循环法,基于ABAQUS软件建立盘形制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用位移梯度循环法推导出热流加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,解决摩擦作用沿制动盘周向差异造成的耦合结果偏差。运用位移梯度循环法对制动盘进行热-结构耦合分析,并将仿真结果与试验数据、现场调研成果进行对比,通过仿真与试验结果的峰值温度误差率、相关性系数等统计学指标及现场调研观测结果评定该模型的计算精度及工况适用性。研究结果表明：基于位移梯度循环法的热-结构耦合模型可有效模拟制动盘在制动过程中温度变化规律且具有良好的重复性与稳定性,结构场分析出的制动盘热裂纹失效易发位置与该型号制动盘装车运用情况相符。研究成果可有效模拟高速列车在制动时制动盘的热-结构耦合过程,尤其在大轴重下的持续制动或间隔制动工况下,制动时间越长,计算精度...     

高速铁路大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动仿真分析

以鸭池河桥为工程背景,建立车-桥系统耦合振动分析的数值仿真模型。利用大型通用有限元软件ANSYS建立桥梁的动力分析模型,并计算其空自振特性。通过多体动力学软件SIMPACK对于CRH3动车组模型进行高精度仿真,结合SIMPACK软件和ANSYS软件,建立车桥耦合振动仿真系统,输入轨道不平顺和轮轨关系进行车桥耦合振动计算。车桥耦合振动分析结果表明:桥梁具有足够的刚度,振动状态良好;车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为"优良"。该桥的车桥耦合振动计算结果为今后类似桥梁设计提供了借鉴,同时也验证了联合仿真的可行性和便利性。     

复线电力牵引网瞬时与永久性故障特征分析

分析了复线电力牵引网一条线路发生瞬时性或永久性故障而使断路器跳闸，另一条正常运行线路对故障线路的耦合电压特性和波形特性，并通过计算确定了耦合电压的数值，为进一步研究能识别瞬时性与永久性故障的智能重合闸装置提供了理论基础。     

压接式IGBT模块的热学特性研究

使用3种方法研究了压接式IGBT模块的热学特性,建立模块热学模型并通过数值计算和有限元仿真的方法分析其稳态热阻特性,搭建实物测试台,通过温度参数定标等方式间接测量模块热阻特性,最后对采用3种方法的结果进行了分析比较。     

寒区铁路路基微型盾构置换方法及防冻胀效果

针对寒区铁路路基冻胀整治难题,以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托,介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型,采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律,验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析,论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。     

频变特性下自耦变压器绕组FRA建模研究

以1台含梯级叠铁心自耦变压器的分裂式绕组为研究对象,通过数值计算和均质化建模获得频变下含梯级叠铁心的导磁特性;然后,运用有限元软件计算绕组电感和电阻的频变特性;再以变压器绕组线饼为单元,在MATLAB中建立考虑频变特性的绕组状态空间方程的解析模型,计算正常及轴向移位故障下绕组的频率响应;最后,通过实验验证模型的正确性....     

城市轨道交通车站套管式地下换热器换热性能影响参数分析

套管式地下换热器的换热性能是限制地源热泵技术在城市轨道交通车站环控系统推广应用的难点之一。通过与室内模型试验结果进行对比，验证了套管式地下换热器换热过程数值计算模型结果的准确性；选取多个影响参数，采用该数值计算模型，计算得到了各参数值对套管式地下换热器换热性能的影响。设计了正交试验，分析了各影响参数的显著性水平。结果表明：提高回填材料导热系数和进水温度，增加地下换热器直径，均可提高单位井深换热量；提高土体初始温度、增加地下换热器地埋管长度，单位井深换热量呈下降趋势。土体初始温度和进水温度对单位井深换热量的影响最为显著，回填材料导热系数和地下换热器直径对单位井深换热量影响较为显著，地下换热器地埋管长度对单位井深换热量的影响较小。     

磁悬浮车轨耦合控制系统的非线性振动特性分析

针对主动控制的磁悬浮车辆轨道耦合系统,从非线性特性角度出发,研究静止悬浮条件下控制参数、轨道参数与磁悬浮车轨耦合系统振动特性的相互关系.首先建立弹性轨道和刚性悬浮电磁铁运动学模型,采用串级控制算法建立悬浮控制系统模型,从而得到磁悬浮车轨耦合非线性模型;然后利用谐波平衡法,分析车辆-轨道1:1共振特性,计算得到-阶振动的幅频特性方程;由于幅频特性方程阶数较高,利用数值计算方法得到3组控制参数,分别给出其仿真结果,说明轨道和控制参数对系统振动的关键影响.结论可供轨道加工和悬浮控制系统设计时参考.     

基于红外弧光监测技术的机电设备故障预警装置在线监测应用

地铁属于高风险工程,建设周期长,工况复杂,施工过程中涉及的机电设备数量种类多,如配电柜、开关柜、控制柜等均是影响整个地铁建设、运营、检修的关键设备。由于设备长期带电运行,容易引起设备自身温度升高,长期高温过热会导致电气设备的机械强度、物理性能下降,随着温度的不断升高,甚至会导致弧光故障。为解决以上问题,文章提出一种基于红外弧光监测技术的在线监测解决措施,该措施可以准确监测机电设备的温度异常和弧光故障,从而提高机电设备的安全性。     

地表锚杆预加固浅埋隧道的空间数值分析

采用考虑锚芯与灌浆体间剪切作用的三维锚杆单元，建立了地表锚杆预加固浅埋隧道的空间耦合数值分析计算模型，编制了空间弹塑性有限元－元限元－锚杆单元耦合程序，并通过与现场量测和室内模型试验研究成果的比较，表明计算模型具有较高的计算精度，其分析方法对工程设计具有一定的指导意义。     

高速齿轮箱润滑系统密封结构的数值研究

以高速动车组驱动齿轮箱小齿轮电机端的迷宫密封为研究对象,建立带有甩油环的迷宫密封数值仿真模型——可压缩二维轴对称有旋流动。采用标准k-ε湍流模型和增强壁面处理模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性。应用Fluent软件,对Navier-Stokes方程、能量方程和湍流方程采用有限体积法离散,压力-速度耦合采用SIMPLE算法。研究空腔深度对密封性能的影响,确定最优的空腔深度,同时研究压差和转速对泄漏量的影响规律。研究结果表明:随着空腔深度的增加,泄漏量先减小后增大;随着压差的增大,泄漏量增大;在不考虑温升的条件下,转速对泄漏量的影响很小,但随着转速的增大,密封性能提高。     

高速铁路接触网在线防冰过程横向温度场研究

基于热平衡方程推导出接触网在线防冰过程的临界防冰电流。借用ANSYS有限元仿真软件,建立接触网整体吊弦模型,对接触网系统在线防冰过程的横向温度场进行仿真分析。利用流体分析模块,对接触线和承力索温度场进行流-固耦合分析。研究结果表明,基于整体吊弦模型的接触网的温度场分布与通过流-固耦合模型仿真所得结果基本吻合,且与预期目标温度接近,验证了仿真模型及分析方法的正确性。     

接触网周围流体流动及传热特性的数值模拟

作为电气化铁路牵引供电系统的重要组成部分,架空接触网常年裸露于空气中,易受大风及悬挂结构覆冰等随机环境荷载影响,进而直接影响弓网系统的受流质量,而气动参数和传热参数可反映架空接触网的机械振动特性和温度特性.因此,为探究不同雷诺数下接触网导线的气动参数和传热参数,基于计算流体力学理论建立接触网导线的流体-热耦合数值模型,...     

深埋式桩板结构桥隧过渡段动力特性研究

结合上海—昆明高速铁路某深埋式桩板结构桥隧过渡段动力响应现场试验,建立车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究深埋式桩板结构路基动力特性,评价其用作桥隧过渡段的过渡性能.研究结果表明:6种测试车型引起过渡区测点振动加速度最大值为3.77 m/s2,测点最大振动加速度随车速增大而增大,最大振动位移与车速没有明显相关性;隧道...