兰新铁路隧道与路堤相连处防风过渡段接触网风场特性研究

接触网处风场特性对于接触网结构安全及弓网受流具有重要影响,为研究防风设施对接触网处风场特性的影响,根据兰新铁路隧道与路堤相连防风过渡段的实际结构,采用模型实验与数值计算相结合的方法,对列车在隧道内运行、出隧道在无挡风墙及含双侧3m高通透型挡风墙路堤上运行时接触网处的流场特性进行研究,得到上述过渡段接触网不同位置的速度特性。结果表明:在隧道口与5m高路基双侧设3m高通透型挡风墙时,可改善过渡段接触网处风场特性,使接触网附近风速变化平缓;但由于受路堤护坡及挡风墙绕流作用,隧道口处垂直列车方向的速度峰值增大;列车从隧道驶出并进入防风段的整个过程中,接触网处风速变化剧烈,在实际运行中应予以重视。     

山区峡谷大跨度拱桥桥址区风参数数值模拟研究

为研究山区峡谷风参数受地形因素的影响,采用数值模拟的方法,对建设在中国西部山区的一座大跨度拱桥进行桥址区风场分析。首先,建立三维数值分析模型,以圆曲线+余弦曲线的形式对桥位区域进行边界拓展,并在边界上施加指数律风速边界条件;再利用FLUENT对流场进行求解。通过对各来流条件下数值计算结果进行对比分析,研究风速放大因子沿主梁及拱肋的分布规律,风偏角和风攻角受地形的影响以及风参数沿高度的变化规律,并讨论风场的峡谷效应以及折减效应。研究结果表明:多数工况下桥位处风速由于高陡山体的折减效应而减小,而在一定的来流条件下,桥位处风速因峡谷效应而放大;高陡山体以及深切峡谷会导致风偏角和风攻角的较大变化;风参数沿高度方向的分布规律受到高陡山体影响而改变;拱肋处在同一来流条件下的峡谷效应与折减效应与主梁基本一致。     

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。     

接触网三维模型的建立与风偏的非线性求解

本文利用空间梁单元与柔性索单元离散电气化铁路接触网,考虑梁单元变形时的几何非线性,采用动坐标迭代法进行求解,计算平衡状态下的吊弦长度,建立接触网三维力学模型。分别利用流体力学软件和风洞试验计算接触线截面的气动力系数,并将横风载荷施加到此模型中,研究风速、张力等因素对接触线风偏的影响,以及考虑几何非线性在研究接触网较大位移问题时的必要性。研究结果表明:在求解接触网大位移问题时,不考虑梁单元变形产生的几何非线性,会对结果造成一定的误差。本文仿真结果可为接触网防风设计提供有益借鉴,提出的仿真方法可适用于接触网发生较大位移时的精确计算,也为研究更为复杂的接触网三维力学特性提供条件。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高速列车通过峡谷风区时气动性能研究

基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程和RNGκ-ε双方程湍流模型,采用滑移网格技术,对峡谷风作用下8车编组的高速列车进出隧道气动性能进行模拟,并对沿线风速进行监测。研究表明:列车平地上非定常数值计算所得气动力系数均方根与风洞试验结果规律一致,两者吻合较好。由于受狭道效应和峡谷中地形地貌的共同作用影响,桥上各监测点的风速呈非对称分布。列车从隧道中驶入峡谷风区和从风区驶入隧道中两过程,列车气动力系数变化有明显差别。列车在峡谷风区高速行驶过程中,列车气动力及力矩系数会因受到以峡谷风为主的地形风影响而出现明显波动,其中尾车侧向力系数和头车升力系数受影响变化最大,分别为67%和216%。     

大风区高速铁路接触网附加导线舞动机理及防护措施研究

针对高速铁路接触网附加导线舞动问题,进行附加导线在大风环境下舞动机理方面的分析,研究附加导线处尾流风场、功率谱随环境风速的变化规律,通过风场仿真计算及附加导线有限元分析,判定附加导线在风作用下的舞动为尾流驰振,并据此提出制振措施。     

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。     

膨胀土地段接触网基础处理

阐述了膨胀土的特性及接触网支柱在膨胀土地段基础的施工技术。根据位于不同地形接触网支柱基础的受力分析结果,确定是否需要对接触网基础进行换填处理,并验证其抗倾覆条件是否满足设计要求,提出了处理的具体措施和施工注意事项。     

接触网的三维模型力学研究

研究目的:随着高速铁路的发展,接触网装配需要更加精确,这就需要有精细的接触网力学计算,目前接触网力学模型大多基于二维模型,但这种模型显然是不够真实。所以建立接触网的三维模型的具有现实意义,可以实现更加逼真的力学计算。研究结论:本文通过研究接触网的三维模型,建立了系统的静态平衡方程,通过迭代的方法求解非线性方程组,解决不同负载下的静态平衡问题。通过吊弦长度的计算,研究不同情况下的接触网的平衡位置的变化。这种三维模型能适应弓网动态作用的研究,得到较逼真的仿真模型。通过三跨接触网三维模型计算风偏,验证了模型的准确性。     

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。     

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。     

采用缆索吊配扁担梁进行深沟峡谷内高墩翻模施工技术

宜万铁路姚家湾大桥全长129.5 m,桥梁结构为高墩悬灌连续梁,1#墩位于深沟峡谷中。介绍采用缆索吊配扁担梁在深沟峡谷地形条件下,充分利用地形、地质条件,进行高墩翻模施工技术,重点介绍缆索吊、扁担梁结构及高墩翻模施工工艺及要点。     

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。     

接触网网压波动下动车组恒速控制策略的仿真研究

动车组运行时,接触网网压会在一定范围内波动.为使动车组在接触网网压波动范围内实现在0～250km/h范围内任意速度下稳定运行而引入了一种恒速控制策略.此恒速控制策略通过牵引控制与恒速控制之间平滑过渡,防止在不同控制方式之间切换时引起较大的转矩和电流波动.仿真模型采用直接转子磁场定向控制系统,牵引整流器采用正弦脉宽调制控制的带中点箝位二极管的三电平拓扑结构,牵引逆变器采用空间电压矢量控制的带中点箝位二极管的三电平拓扑结构,仿真结果验证系统具有良好的动、静态特性,并能够很好的实现接触网网压波动下动车组恒速控制.     

竖井对高铁隧道内接触网风致振动的影响

高速铁路接触网属于复杂的空间耦联体系,其支持结构一直是我国高速铁路系统的薄弱环节.为给高铁隧道内接触网的设计和施工进一步提供理论依据,基于三维不可压缩N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型理论,建立隧道-竖井-列车-空气三维CFD数值模型.基于ANSYS Workbench平台,结合流固耦合计算方法等手段,确定竖井对交叉...     

高速铁路特殊咽喉区接触网布置研究

研究目的:在某高速铁路站场设计中,由于地形以及投资等限制,咽喉区的道岔组合采取特殊形式,在42号道岔与18号道岔之间仅有117 m的距离,需要在不改动既有站场布置的前提下,接触网专业根据受电弓型号及其动态包络线、定位柱处接触线拉出值、定位柱支持装置的几何尺寸、道岔型号等资料对咽喉区的道岔接触网进行精确的布置研究,通过明确的几何关系研究进行接触网线岔布置,从而保证受电弓高速、安全、平滑通过线岔区,避免土建工程的改造。研究结论:(1)未改变既有站场布置,采用带辅助导向锚段的三支无交叉接触网布置方式与简单无交叉接触网布置方式结合,利用正线接触悬挂和侧线接触悬挂之间的辅助导线锚段悬挂转换,合理布置几组接触悬挂的空间位置;(2)该研究成果既做到结构简单、便于检调、维护工作量少,又能够满足接触网系统硬点、弹性等指标,从而保证受电弓从正线高速通过、从正线进入侧线、从侧线进入正线等过程中的行车安全和供电质量;(3)该研究成果适应于高速铁路特殊复杂咽喉区接触网的布置,可结合站场方案灵活组合,对高速铁路引入既有线土建受限条件下的接触网布置具有参考价值。