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隨著鐵路高速化進程的推進，受電弓空氣動力學效應越來越明顯，僅考慮弓網接觸壓力的受電弓靜強度有限元分析結果已不足以作為受電弓靜強度設計是否滿足要求的判據，因此有必要開展考慮氣動載荷的受電弓靜強度分析。
目前，在空氣動力學方面，BoccioloneMet討論了列車高速運行引起的縱向氣動力對弓網系統(tǒng)的影響，指出氣動力對弓網接觸壓力的均值和方差均有較大影響，同時該文獻對受電弓弓頭進行了優(yōu)化，以減小空氣阻力；PomboJet建立了受電弓多剛體模型和接觸網有限元模型以討論氣動力對弓網系統(tǒng)的影響，并得出結論，在氣動載荷作用下弓頭呈抬升趨勢，增大弓網接觸壓力，同時考慮風載荷時接觸壓力的波動幅值將增大；李瑞平等川采用有限體積法實現了高速受電弓氣動力的數值模擬，并推導受電弓氣動抬升力的計算方法。
在受電弓靜強度分析領域，馬果壘等首次實現了受電弓整體結構的有限元靜態(tài)仿真，完成了受電弓的強度、剛度校核及動力特性(模態(tài))分析；宋冬利等基于應力強度干涉模型實現了V500受電弓的靜強度可靠性分析，該文獻將氣動阻力以集中力的形式加載弓頭表面。利用ANSYS Workbench建立了V500高速受電弓的有限元模型，為使有限元模型能反應真實情況，設置邊界條件時，在受電弓弓頭頂部設置了彈性約束以模擬接觸網對受電弓的作用，并將氣動載荷依次施加到各部件的外表面模擬實際氣流的作用效果。通過有限元靜態(tài)分析，對比了V500高速受電弓開、閉口工況的運行性能，實現了氣動載荷作用下受電弓靜強度校核。同時，為了說明氣動載荷的影響效果，還對比了只考慮弓網接觸壓力和重力工況及考慮氣動載荷工況的靜強度分析結果。
運行過程中，受電弓的狀態(tài)如圖所示：通過絕緣子固定于列車頂部，弓頭與接觸網接觸獲取電能，在縱向上受到氣流的擾動，受電弓承受著自身重力，氣流引起的氣動升力、氣動阻力，列車振動和接觸網波動引起的}慣性力。靜態(tài)分析時，忽略列車和接觸網的隨機激擾，受電弓底部的絕緣子視為固定約束，弓頭頂部的接觸網可簡化為彈性約束，所承受的外力為氣動力F和Fv、自身重力G和升弓力矩M。通過軟件建立V500高速受電弓精確的三維實體模型，將其導入有限元軟件ANSYS Workbench生成有限元模型。受電弓實體模型較為復雜，靜態(tài)仿真時對結構進行適當簡化，使有限元模型既能反應結構的力學特性，又能滿足有較高的計算精度和縮小解題規(guī)模的要求。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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