高速铁路接触网吊弦的疲劳特性研究

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接触网是电气化铁路供电系统的重要组成部分之一,其中吊弦作为承力索与接触线的关键连接部件,虽然有效的减缓了接触线因受电弓的影响而产生的往复振动,但在此过程中也承受着循环往复振动带来的弯曲和拉伸应力,这将导致吊弦的失效,进而威胁铁路机车的安全运行。因此,本文通过建立接触网的有限元模型进行弓网耦合动力学仿真,分析了吊弦的动态特性,同时为吊弦三维模型的静应力和动应力的仿真提供数据支持,最后利用雨流计数法对动应力仿真数据结果进行了处理,分析了吊弦在不同工况下的疲劳寿命。本文主要完成了以下内容:(1)利用迭代循环的方法,建立了接触网的有限元模型,把受电弓等效为弹簧-质量-阻尼系统,进行弓网耦合仿真,分析了吊弦与接触线在五种工况下的动态特性。结果表明,随着列车运行速度的提高,吊弦也更加的不稳定,首尾两端的吊弦更容易发生疲劳破坏。(2)建立了吊弦的三维结构模型,结合弓网耦合动力学仿真结果,对吊弦进行应力仿真分析。研究发现,整体吊弦的应力分布呈现左右对称上下不对称的形式,靠近接触线的一端应力变化更为明显,且应力值更大。吊弦单丝的应力截面呈现对称性,最大应力值发生在丝与丝的接触部位。(3)对吊弦进行了动应力仿真分析。研究表明,位于首尾两端的吊弦振动时间较长,位于跨中的吊弦受到的平均应力更大,因此,这三个位置处的吊弦更容易发生疲劳破坏。(4)对吊弦进行寿命分析。结果表明,吊弦的寿命随着列车运行速度的提高而降低,其中第一根吊弦所受到的疲劳损伤更大,更易发生损坏。吊弦承载电流对其寿命的影响,与吊弦的位置无关,随着电流强度的增加,所有吊弦的寿命均有所减小,且与电流强度成线性关系。通过对吊弦疲劳特性的研究分析,可以预测一跨接触网中容易发生破坏的吊弦,预测吊弦在不同工况下的疲劳寿命,对吊弦进行及时维护,这将有益于受电弓取流的稳定性,对于保障铁路列车的运行安全具有重要意义。
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