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卷第期铁道学报. .
年月
\ 接触网的有限元计算与分析
提要车文用有限元法建立了菏单链形接触悬挂的静动态计算模型,推导了接触悬挂
初始状态的计算方法,解决了吊弦张力的计算问题,并从静态计算的角度提出了一种确定
接触网初弛度的方法。用本文的方法可以对简单链形接触悬挂的初始状态、吊弦张力、接
触线抬高和弹性系数以及振动特性进行准确的计算。在算倒中对具体的接触阿的静动态
特性作了全面计算。
关键词接触网悬挂结构有限元动态分析
前言雾
接触网属于柔性悬挂结构,要对接触阿进行精确计算是困难的。传统的接触阿计算方法作
了一些简化假设,但无法解决吊弦张力的计算问题吊弦张力的大小与分布对接触悬挂的初始
状态有较大的影响,对接触线的抬升量和弹性系数也有影响。因此必须研究能够较好地解决吊
弦张力计算问题的新的计算方法,以弥补传统的接触网计算方法的不足。
有限元法是结构分析计算的有力工具,但在悬挂结构计算中应用较少,文献中介绍了
离散索系的变分原理和单维直线索段的有限元模型,文献用有限元法对索道一载荷系统的
振动特性进行了分析计算。本文将用有限元法建立接触悬挂的计算模型,解决吊弦张力的计算
问题,分析、计算接触悬挂的初始状态、抬升量和弹性系数,并计算接触悬挂的频率和振型。所
建立的有限元计算模型还可应用于弓一阿高速受流的动态仿真。
接触网的刚度矩阵
. 单索的刚度矩阵
对质量连续分布的单索离散化。通常可对索进
行均匀分段,把各段的质量力集中到节点上,外载荷
也作用于节点。在分段足够小的情况下,每段索可近图
似认为是直线。参照图,可建立每个节点的平衡方程如下
云丝一五十一。
一一,,⋯,一
本文于年月日收到。吴天行副教授上海铁道大学机械工程系邮码;
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第期接触网的有限元计算与分析
云一一
对于索的小挠度问题,水平张力//可用索的张力丁近似代替。以矩阵形式表示的单索平
。
简单链形接触悬挂的刚度矩阵是线性的,带有弹性吊索的链形接触悬挂则是非线性的。本
式中一
卜
。奎一客:; :

为吊弦的刚度矩阵,为单根吊弦的刚度矩阵,由第根吊弦的刚度和所在的节点号、
接触网初始状态的确定
. 初始状态的确定原则
用有限元法计算悬挂结构不同于计算一般结图单链形接触悬挂
构,因为悬挂结构有一个初始状态。传统的计算方
法认为在接触悬挂的初始状态中吊弦的张力是相等的,吊弦仅起把接触线的自重力传递给承
力索的作用,因而接触线的初弛度由跨距内,吊弦的长度分布所决定。事实上初始状态中各吊
弦张力一般不相等。确定接触悬挂的初始状态应从计算吊弦张力着手,因为影响接触线初弛度
的除了接触线本身的张力和自重外还有吊弦张力,即设定的接触线初弛度是靠相应的吊弦张
力来达到的。吊弦张力同样作用于承力索,从而决定了承力索的初弛度,进而也决定了吊弦应
有的长度。所以接触悬挂的初始状态是由吊弦初张力决定的。
. 吊弦初张力的计算
如图所示,将吊弦断开以吊弦张力丁代替吊弦的作用。设..为接触线上吊弦点在自重
作用下的弛度,..可由式求出, 为接触线的初弛