[發(fā)明專利]一種高速鐵路弓-網(wǎng)-車-軌垂向耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201511004665.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105631128B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志剛;宋洋;段甫川;韓志偉;張靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué);中國(guó)鐵路總公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

1.一種高速鐵路弓-網(wǎng)-車-軌垂向耦合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模仿真方法，在同時(shí)考慮弓網(wǎng)接觸、輪軌接觸以及吊弦不同工作狀態(tài)不光滑非線性特性影響因素的情況下進(jìn)行高速鐵路受電弓-接觸網(wǎng)-車體-軌道垂向耦合大系統(tǒng)建模仿真，以反映弓網(wǎng)與車軌之間的相互耦合作用，包括如下具體步驟：

1)、分別建立接觸網(wǎng)、弓-車、軌道動(dòng)力學(xué)模型；

步驟1.采用有限元方法建立接觸網(wǎng)動(dòng)力學(xué)模型，其動(dòng)力學(xué)方程表示為：

其中，M_C、C_C、K_C分別為接觸網(wǎng)質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，X_C(t)分別為接觸網(wǎng)加速度、速度、位移矩陣，F(xiàn)_C(x,t)為外界激勵(lì)；

步驟2.采用模態(tài)分別法建立軌道動(dòng)力學(xué)模型，其動(dòng)力學(xué)方程可表示為：

其中，M_T、C_T、K_T分別為軌道質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，X_T(t)分別為軌道加速度、速度、位移矩陣，F(xiàn)_T(t)為外界激勵(lì)；

步驟3.采用多體動(dòng)力學(xué)方法建立受電弓-車體動(dòng)力學(xué)模型，其動(dòng)力學(xué)方程表示為：

其中，M_V、C_V、K_V分別為弓-車質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，X_V(t)分別為弓-車加速度、速度、位移矩陣，F(xiàn)_V(t)為外界激勵(lì)；

2)、分別構(gòu)建弓網(wǎng)、車軌接觸模型

步驟1.采用罰函數(shù)方法構(gòu)建弓網(wǎng)接觸模型：

其中，K_S為弓網(wǎng)接觸剛度，y₁(t)受電弓弓頭位移，y_c(t)為接觸線接觸點(diǎn)垂向位移，f_c(t)為弓網(wǎng)接觸力，

步驟2.根據(jù)赫茲理論構(gòu)建輪軌接觸模型：

其中G為赫茲常數(shù)，f_wj(t)為第j個(gè)車輪與軌道的接觸力；w_r(x_wj,t)為接觸點(diǎn)的軌道位移，Z_wj(t)為第j個(gè)車輪的垂向位移；w₀(t)為軌道靜態(tài)不平順；x_wj為第j個(gè)車輪與軌道的接觸點(diǎn)；

3)、通過(guò)數(shù)值求解方法對(duì)弓-網(wǎng)-車-軌復(fù)雜耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行求解，在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)的迭代算法如下：

(1)根據(jù)車輛運(yùn)行速度和當(dāng)前時(shí)刻確定弓網(wǎng)和輪軌的接觸點(diǎn)；

(2)通過(guò)輪軌接觸模型計(jì)算車軌之間作用力f_wj(t)；

(3)采用弓網(wǎng)耦合模型耦合網(wǎng)-弓-車系統(tǒng)，并將輪軌力施加到弓-網(wǎng)-車系統(tǒng)中計(jì)算接觸網(wǎng)響應(yīng)X_C(t)和受電弓-車體響應(yīng)X_V(t)；

(4)根據(jù)受電弓-車體響應(yīng)X_V(t)與輪軌接觸模型更新車軌之間作用力f_wj(t)；

(5)將車軌作用力施加到軌道模型，計(jì)算軌道響應(yīng)X_T(t)，并判斷收斂性，如果滿足則進(jìn)入下一時(shí)間步，如不滿足則返回步驟(2)；

4)、將以上仿真結(jié)果輸入至顯示或后續(xù)處理設(shè)備。