[發明專利]一種高速鐵路弓-網-車-軌垂向耦合大系統動力學建模仿真方法

有效

• 申請號: 201511004665.0
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105631128B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 劉志剛;宋洋;段甫川;韓志偉;張靜
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中國鐵路總公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

本發明公開了一種了高速鐵路弓?網?車?軌垂向耦合大系統動力學建模仿真方法，分別建立接觸網、弓?車、軌道三個系統獨立的動力學模型及相互之間的接觸模型，并提出一種耦合積分算法實現高速鐵路弓?網?車?軌大系統的耦合動力學仿真計算。與傳統方法相比，本發明能夠考慮弓網和車軌兩系統之間的雙向交互影響規律，仿真計算更加符合實際，能夠提高后續工程設計的精確性和安全性。

技術領域

本發明屬于電動車輛的電源線路或沿路軌的裝置，尤其是架空線及其所用附件的動力學建模仿真技術領域。

背景技術

高速鐵路弓網動力學行為與輪軌動力學行為都是目前的研究熱點，前者決定了列車的電能傳輸效率，后者更是決定了列車的安全運行，兩者都是決定列車最高運行速度的關鍵因素。數值仿真方法是在研究弓網動態行為與輪軌動力學行為以及設計其關鍵參數的重要途徑，但是，以往的模型中大多都是將其進行分開獨立進行建模仿真的，兩者之間的相互影響關系常常被忽略，近年來，一些學者考慮了車軌振動對弓網的單方面影響，比如翟婉明等人在期刊《鐵道學報》1998年20卷第1期32-38頁的論文《機車—軌道耦合振動對受電弓—接觸網系統動力學的影響》中，分別建立了車軌和弓網兩個模型，將車軌的振動響應施加到弓網，實現了單方面的動力學耦合。目前為止，還沒有網-弓-車-軌大系統的耦合模型的相關報道，弓網與輪軌二者之間的雙向耦合關系尚未被考慮。本發明的目的在于提出一種高速鐵路弓-網-車-軌大系統垂向耦合動力學建模方法，分別建立接觸網、弓-車、軌道三個系統獨立的動力學模型及相互之間的接觸模型，并提出一種耦合積分算法實現高速鐵路弓-網-車-軌大系統的耦合動力學仿真計算。本發明能夠考慮弓網和車軌兩系統之間的交互影響規律，仿真計算更加精確，能夠提高后續工程設計的精確性和安全性。

發明內容

本發明的目的在于提出一種高速鐵路弓-網-車-軌大系統垂向耦合動力學建模方法，分別建立接觸網、弓-車、軌道三個系統獨立的動力學模型及相互之間的接觸模型，并提出一種耦合積分算法實現高速鐵路弓-網-車-軌大系統的耦合動力學仿真計算。使之能夠進行高速鐵路受電弓-接觸網-車體-軌道垂向耦合大系統建模仿真，能夠反映弓網與車軌之間的相互耦合作用，能夠同時考慮弓網接觸、輪軌接觸以及吊弦不同工作狀態等不光滑非線性特性。

本發明實現發明目的的具體手段為：

一種高速鐵路弓-網-車-軌垂向耦合大系統動力學建模仿真方法，在同時考慮弓網接觸、輪軌接觸以及吊弦不同工作狀態等不光滑非線性特性等影響因素的情況下進行高速鐵路受電弓-接觸網-車體-軌道垂向耦合大系統建模仿真，以反映弓網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、弓-車、軌道動力學模型；

步驟1.采用有限元方法建立接觸網動力學模型，其動力學方程可表示為：

其中，M_C、C_C、K_C分別為接觸網質量、阻尼、剛度矩陣，X_C(t)分別為接觸網加速度、速度、位移矩陣，F_C(x,t)為外界激勵；

步驟2.采用模態分別法建立軌道動力學模型，其動力學方程可表示為：

其中，M_T、C_T、K_T分別為軌道質量、阻尼、剛度矩陣，X_T(t)分別為軌道加速度、速度、位移矩陣，F_T(t)為外界激勵；

步驟3.采用多體動力學方法建立受電弓-車體動力學模型，其動力學方程可表示為：