一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法及介质

本发明涉及列车弓网受流性能分析，具体涉及一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法及介质。

背景技术：

1、电气化铁路的列车通过机车顶部的受电弓和接触网的接触获得持续的电流供应，受电弓和接触网系统的动态性能是受流质量的直接决定因素。稳定的弓网接触力是列车获得可靠能源供应的前提。弓网系统通常工作在恶劣的环境中，受到列车、风荷载、温度变化和电弧的多重激励。因此，它一直被广泛认为是铁路牵引电力系统中最脆弱的部分。保证弓网系统在恶劣运行环境下的良好动态性能，对于电气化铁路的安全运行和速度提升具有重要意义。

2、随着电气化铁路的发展，许多国家正着手在地理条件具有挑战性的山区开展铁路基础设施项目。这些地区海拔较高，沟壑众多，需要建造悬索桥作为电气化铁路的可靠支撑。目前，世界上第一座悬索桥已经在中国丽江-香格里拉铁路上建成。列车通过悬索桥时，列车-轨道-桥梁-受电弓-接触网可以看作是一个相互影响的耦合系统。列车-桥梁耦合振动引起受电弓-接触网系统的几何变化，直接导致电流收集质量的下降。

3、近年来，受扰动影响的弓网系统动态性能一直受到国内外学者的关注。这些扰动大致可分为复杂工作环境引起的外部激励和内部缺陷和异常。特别是，风荷载、电磁力和车轨振动被认为是外部激励的主要来源。这些激励对弓网系统的影响在以前的工作中已经得到了很好的研究。

4、目前的一些技术中，基于风洞试验和数值模拟对风荷载引起的接触网风偏现象和驰振现象下的弓网受流质量进行了评估。一些技术中，分析了不同轨道不平整程度下车辆垂直振动对受流质量的影响。与上述外部激励类似，车桥相互作用对弓网受流质量也具有不可忽视的影响。为了保证列车运行的安全性和舒适性，目前提出了多种研究方法来了解列车-桥梁系统的耦合动力学。根据对计算量和精度的不同要求，基于多体动力学理论和有限元法分别建立了列车-桥梁系统的二维和三维模型，通过数值模拟和试验对列车-桥梁相互作用对轨道磨损、桥梁疲劳寿命和列车乘坐舒适性的影响进行了评价。普通桥梁结构通常被认为具有高刚度。因此，以往的研究并未充分讨论车桥耦合振动对弓网相互作用的影响。然而，悬索桥由于其较强的柔性特性，在与列车相互作用时会产生明显的振动。将悬索桥的影响纳入弓网系统的动力性能评价中是十分必要的。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是提供一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法及介质，具有可以更适用于悬索桥的弓网受流性能分析，以更好评估行驶通过悬索桥工况下的弓网受流质量的特点。

2、第一方面，一种实施例中提供一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法，包括：

3、获取列车-桥梁系统动力学模型和受电弓-接触网动力学模型；

4、对于任意一个时刻，

5、基于所述列车-桥梁系统动力学模型计算得到受电弓所在车厢车体振动造成的位移向量及桥梁上接触网每个支柱位置的位移向量；

6、基于所述受电弓所在车厢车体振动造成的位移向量、受电弓两个端点在局部坐标系中的位置及受电弓底座点在全局坐标系中的位置，计算得到受电弓两个端点在全局坐标系中的位置；

7、基于所述桥梁上接触网每个支柱位置的位移向量及对应支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的初始坐标，计算得到接触网每个支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的坐标；

8、基于所述受电弓两个端点在全局坐标系中的位置、每个支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的坐标和受电弓-接触网动力学模型，计算得到受电弓及接触网上接触点在竖直方向上的位移；

9、基于所述受电弓及接触网上接触点在竖直方向上的位移计算得到所述任意一个时刻受电弓与接触网的接触力；

10、基于多个时刻受电弓与接触网的接触力对所述弓网受流性能进行分析。

11、第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行上述任意一种实施例中所述的弓网受流性能分析方法。

12、本发明的有益效果是：

13、将车体振动被考虑为外加激励，通过受电弓底座的传递对弓网相互作用产生影响，具体方案中，可以基于列车-桥梁系统动力学模型计算得到受电弓所在车厢车体振动造成的位移向量及桥梁上接触网每个支柱位置的位移向量，并进一步计算得到受电弓两个端点在全局坐标系中的位置，以及接触网每个支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的坐标。再结合受电弓-接触网动力学模型，计算得到受电弓及接触网上接触点在竖直方向上的位移，从而计算得到受电弓与接触网的接触力，以对弓网受流性能进行分析。基于该方案，可以更好地评估行驶通过悬索桥工况下的弓网受流质量。

技术特征：

1.一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述列车-桥梁系统动力学模型包括列车的动力学模型、轨道的动力学模型和桥梁的动力学模型；其中，

3.如权利要求2所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述列车的动力学模型包括：

4.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述受电弓-接触网动力学模型包括接触网动力学模型和受电弓动力学模型；其中，

5.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述接触网动力学模型包括：

6.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述的基于所述受电弓所在车厢车体振动造成的位移向量、受电弓两个端点在局部坐标系中的位置及受电弓底座点在全局坐标系中的位置，计算得到受电弓两个端点在全局坐标系中的位置，包括：

7.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述的基于所述桥梁上接触网每个支柱位置的位移向量及对应支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的初始坐标，计算得到接触网每个支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的坐标，包括：

8.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述的基于所述受电弓及接触网上接触点在竖直方向上的位移计算得到所述任意一个时刻受电弓与接触网的接触力，包括：

9.如权利要求1所述的弓网受流性能分析方法，其特征在于，所述的基于多个时刻受电弓与接触网的接触力对所述弓网受流性能进行分析，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质中存储有程序，所述程序能够被处理器加载并执行如权利要求1到9中任意一项所述的弓网受流性能分析方法。

技术总结本发明涉及一种基于悬索桥耦合振动的弓网受流性能分析方法及介质，基于列车‑桥梁系统动力学模型计算得到受电弓所在车厢车体振动造成的位移向量及桥梁上接触网每个支柱位置的位移向量，并进一步计算得到受电弓两个端点在全局坐标系中的位置，以及接触网每个支柱的定位器底座点和承力索底座点在竖直方向上的坐标。再结合受电弓‑接触网动力学模型，计算得到受电弓及接触网上接触点在竖直方向上的位移，从而计算得到受电弓与接触网的接触力，以对弓网受流性能进行分析。基于该方案，可以更适用于悬索桥的弓网受流性能分析，以更好评估行驶通过悬索桥工况下的弓网受流质量。技术研发人员：宋洋,王续凡,储文平,刘志刚,李大东,陈兴受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14