高速受电弓的力学模型及运动微分方程

在比较目前受电弓的计算机仿真所采用的众多力学模型后,以DSA系列高速受电弓为例,提出了一种较为合理和全面的力学模型。针对受电弓的特定,设计测试方案、实际测得受电弓的归算质量和各主要部件的质量、质心及转动惯量等参数。在建立此力学模型的基础上,推导了受电弓的运动微分方程。应用所建立的力学模型,实测数据以及简化公式可更准确地分析和计算弓网系统的力学行为。     

基于遗传算法的受电弓优化设计及其虚拟样机验证

在建立某地铁单臂受电弓简化几何模型的基础上,根据列车平稳受流对受电弓提出的各项要求,以受电弓升弓时机车前进方向上的纵向偏移量和弓头平衡杆的平动为目标,以受电弓正常升弓所需升弓转矩等为约束,运用基于遗传算法的多目标优化技术,对该型受电弓机构进行了优化,得到了使受电弓运动性能达到最优的几何参数.并运用虚拟样机技术对弓头升弓轨迹、升弓转矩和平衡杆摆动角度等优化所得参数进行了仿真验证.结果表明优化结构参数是合理、可行的.     

强侧风对受电弓的气动作用规律

建立了弓-车-网组合模型,基于压力修正法的N-S方程,采用分离式求解SIMPLE算法,对强侧风条件下的受电弓气动特性进行了数值模拟.分析了受电弓的气动荷载在不同侧风速度,不同风向角下的变化规律及强侧风对受电弓绕流流场的影响.结果表明:随侧风速度及角度的增大,受电弓的气动力及力矩呈非线性变化;受电弓流场区域内产生大量漩涡及低速尾流区,接触网及车体对受电弓流场有明显影响.研究结果可为提高受电弓在侧风作用下的稳定性和安全性提供一定的理论依据.     

结构位移对受电弓气动抬升力的影响分析

为了研究受电弓结构位移对其气动特性的影响,利用流体分析软件Fluent,基于三维定常不可压缩流和标准k-ε两方程湍流模型,对运行速度300 km/h下受电弓所处的有限个结构位移状态下各部件的气动力进行数值模拟。建立受电弓气动抬升力的简化计算模型,推导气动力转化为气动抬升力的传递系数。结果表明:受电弓气动抬升力的传递系数与其工作高度有关;在受电弓从初始工作高度1.5 m抬升至1.6 m的过程中,整弓气动抬升力值随升弓高度的增大而减小。     

深圳地铁环中线列车受电弓弓角裂纹分析及处理措施

本文针对深圳地铁环中线列车受电弓弓角裂纹,从弓角材料的选择、连接板厚度、弓角连接板焊接工艺等方面分析可能造成受电弓弓角裂纹的原因,提出整改方案和措施,保障地铁列车安全运营。     

高速受电弓-接触网系统动态受流性能的仿真分析

采用了MSC-MARC软件对受电弓-接触网系统的动态受流性能进行了仿真,分别建立了接触网和受电弓两个子系统的有限元模型,通过接触实现了两个子系统的耦合,进行弓网的动态分析.通过仿真,将低速下得到的结果与国外的结果相比较,验证了软件分析结果的正确性.针对高速铁路一种受电弓-接触网的设计参数,对弓网之间的相互作用进行了分析,得到了高速下接触网的动态抬升量,接触压力和离线率,通过参数的调整保证弓网可靠作用达到良好的受流.对高速受电弓与接触网的相互作用进行了大量的仿真并对结果进行分析,为进一步研究高速下受电弓与接触网不同参数的配合奠定了基础.     

高速受电弓多动力学参数的优化分析

为提高高速弓网耦合系统动力学性能，文章以DSA380型高速受电弓和大西线高速铁路弹性链式悬挂接触网系统为研究对象，利用有限元法建立弓网耦合系统动力学模型；基于遗传算法理论和弓网系统动态仿真平台，依次研究受电弓三参数联合变化对单、双受电弓与接触网系统间动力学性能的影响，并根据弓网系统动态性能评价标准对受电弓三参数进行优化，得到高速受电弓三参数最佳匹配组合，给出了适用于高速情况下的单、双受电弓设计优化方案。研究结果表明，相较于DSA380型受电弓原设计方案，单、双受电弓设计优化方案均有效地提升了单、双受电弓受流情况下的弓网耦合系统动力学性能。研究成果可为高速受电弓结构参数设计提供参考和建议。     

高速受电弓安装形式对列车气动性能的影响

受电弓作为高速列车上不可或缺的部件,其结构特性直接影响高速列车整车气动性能。采用数值仿真方法,基于三维稳态SST k-ω模型,分析高速受电弓不同安装形式对高速列车气动性能的影响以及各节车辆气动阻力的变化规律,并进一步研究其横风环境适应性。研究结果表明：当高速列车在明线运行时,高速受电弓不同安装形式对整车气动性能影响较小,但受电弓所在车辆的气动阻力变化较大;与闭口-升前弓工况相比,受电弓开口-升前弓时整车气动阻力减小2.10%,其中第6节车气动阻力减小6.06%;在横风条件下,受电弓开口-升前弓时整车横风稳定性能较优,与开口-升后弓工况相比,整车横向力与倾覆力矩分别降低2.52%和3.48%,其中第6节车横向力和倾覆力矩分别减少11.13%与18.50%。因此,在明线有无横风条件下,受电弓安装形式为开口-升前弓的气动性能均最优,且升前弓能改善受电弓后区域的流场结构,从而达到改善整车气动性能的目的。     

机车受电弓弓头弹簧系统的优化设计

将非线性有限元理论应用于机车受电弓弓头弹簧系统的研究．利用一种新型、稳定的接触问题求解方法——直接约束法,对受电弓和接触网进行接触计算分析,并将工程优化算法融入有限元分析的全过程,实现了弓头弹簧关键参数的优化设计．研究结果表明,利用该方法可较好地获得具体工况条件下弓头弹簧参数与受电弓受流性能的关系,求取最优的弓头弹簧参数值,为设计新型机车受电弓产品的弓头弹簧系统提供了科学适用的工具．     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

以某高速列车受电弓为研究对象, 探讨其在350 km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法, 分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下, 近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性, 研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明: 1) 在本文选取的受电弓外形和开口方向下, 降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声; 2) 导流罩在低于300 Hz的低频区诱发噪声比例较大, 而受电弓在300 Hz后诱发噪声影响较大; 导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大; 3) 在指向性上, 导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大, 受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大; 在列车正上方区域, 弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声, 是主要的气动噪声源。     

动车组车顶高压系统优化布置仿真分析

基于有限元法,针对现有车顶设备建立三维仿真模型,通过对电场和气流场的分析,提出两种车顶设备布置优化方案.与原有方案进行对比表明:将高压隔离开关和电压互感器分别向受电弓底架中心线平移438mm和306mm时,受电弓1#位和3#位支柱绝缘子、高压隔离开关1#位绝缘子、高压隔离开关连接导杆及电压互感器连接导杆电场强度均有所下降,而高压隔离开关2#位绝缘子、受电弓2#位支柱绝缘子及电压互感器电场强度均略有增加,仅受电弓2#位支柱绝缘子和电压互感器风压下降;将高压隔离开关及电压互感器平移至受电弓底架中心线时,除高压隔离开关2#位支柱绝缘子表面最大场强略有升高外,其他部件表面最大场强均小于原有方案,且除受电弓2#位支柱绝缘子风压小幅度增加外,其余气压均下降.建议采用将高压隔离开关及电压互感器位置中心点与受电弓底架中心线重合的优化方式.     

比例延迟微分方程的极限学习机算法

目的 针对比例延迟微分方程,提出一种基于极限学习机(ELM)算法的单隐藏层前馈神经网络训练方法,并将该方法推广到求解双比例延迟微分系统。方法 首先,构建一个单隐藏层前馈神经网络并随机生成输入权值和隐藏层偏置;然后,通过计算系数矩阵使其满足比例延迟微分方程及其初值条件,将其转化为最小二乘问题,利用摩尔-彭罗斯广义逆解出输出权值;最后,将输出权值代入构建的神经网络便可获得具有较高精度的比例延迟微分方程数值解。结果 通过数值实验与已有方法的结果进行比较,验证了该方法对处理比例延迟微分方程与双比例延迟微分系统的有效性,且随着选取的训练点和隐藏层节点数量增多,所得到的数值解精度和收敛速度也随之增加。结论 ELM算法对处理比例延迟微分方程以及双比例延迟微分系统具有较好的效果。     

滑动电接触磨损量最小的最佳载荷实验

为了揭示滑动电接触载流摩擦磨损特性,寻找最优的运行条件,以弓网系统受流为研究对象,对法向载荷如何影响受电弓滑板和接触导线之间载流磨损特性进行了实验研究.研究结果表明:无电流条件下,磨损量随着法向载荷的增加递增;载流条件下则表现出明显不同的磨损特性:随着法向载荷的增大,磨损量呈现出先减小而增加的变化趋势,且下降率大于上升率,同时定义了磨损量最小时的法向载荷值为最佳法向载荷,发现最佳法向载荷值随着速度的增大相应增大.当法向载荷大于此值时,主要磨损为机械磨损,法向载荷小于此值时,主要磨损为电气磨损.该研究结果对最优载荷的研究具有指导意义.     

非线性比例尺微分方程组的稳定性分析及数值处理

主要研究了多延时非线性比例尺方程理论解及数值解的稳定性质Y'(t)=f(t,y(t),y( λd t)t…,y(λd t)),其中f:R×CN×…×CN→CN,y:R→CN,0< λd<…< λ1<1.获得了比例尺微分方程稳定及渐近稳定的充分条件, 同时研究了隐式欧拉方法的稳定性质.     

返回舱动态稳定性分析及被动控制方法研究

耦合求解非定常可压缩Navier-Stokes方程和刚体运动方程,数值模拟返回舱跨声速俯仰自由振动过程,探讨返回舱前后体对动态稳定性的影响及其被动控制方法.研究结果表明：在俯仰振动过程中,返回舱前体对流场做正功,释放返回舱振动能量,抑制振幅增加;而返回舱后体对流场做负功,增加返回舱振动能量,导致振幅增加,当两者相等时,振动进入极限环状态.在上述物理机理分析基础上,本文给出六种不同的返回舱后体修改方案,并采用数值模拟方法研究不同的后体外形对返回舱俯仰自由振动幅度和频率特性参数的影响,研究结果可为返回舱设计及动态稳定性的控制方法提供依据.     

受电弓系统可靠性评估的超椭球贝叶斯网络方法

针对受电弓系统复杂多态特性以及故障概率难以精确表达的问题,且现有研究主要滞留于结合证据理论的模糊贝叶斯网络的现状,首次将超椭球贝叶斯网络引入受电弓可靠性分析中,规避了模糊贝叶斯网络区间取极值的情况,使得根节点的概率取值区间进一步被界定;进而以超椭球贝叶斯网络求解受电弓系统在不同故障状态下的叶节点故障率、灵敏度、后验概率等可靠性参数,找出了影响系统可靠性的高风险事件.经与模糊贝叶斯网络对比可知,超椭球贝叶斯网络区间更小,验证了新方法的正确性与实用性.     

FURTHER RESEARCH ON THE SPLINE MODEL METHOD OF KED ANALYSIS IN A PLANAR FLEXIBLE LINKAGE

This paper relates to the deep research on the Splinc Model Method of KED analysis. With the use of cubic B-splinc function as a link's transverse deflection interpolation function, the principle of virtual displacement is presented as a basic theory for the general formulation of the equations of motion, and thus abandoned the kinematic assumption and the instantaneous structure assumption which arc used in the Spline Model Method. In thc same time, the nonlinear terms sue as coupling terms between thc rigid body motion and elastic deformation arc included. New member's spline models are established. Mass matrix, Coriolis mass matrix, normal and tangential mass matrix, linear stiffness matrix, nonlinear stiffness matrix and rotation matrix arc derived. The kinematic differential equations of a member and system are deduced in the end. The Newmark direct integration method is used as the solution scheme of the kinematic differential equations to get the periodic response.     

带跳的正倒向随机比例系统的随机最大值原理

利用经典变分方法、 对偶方法和带跳的可料倒向随机比例方程, 研究状态方程为带跳的正倒向随机比例方程的随机最优控制问题, 得到了该问题的随机最大值原理.