考虑结构弹性的单滑板高速受电弓动力学建模及弓网仿真
文献类型:学位论文
作者 | 罗羿 |
答辩日期 | 2023-05-27 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院大学 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 许向红 |
关键词 | 单滑板受电弓,模态参数,模型修正,结构弹性,弓网耦合 |
学位专业 | 固体力学 |
其他题名 | Dynamic modeling and pantograph-catenary simulation of single-strip high-speed pantograph considering structural elasticity |
英文摘要 | 受电弓在高速或更高速运行时,接触网不平顺、气动效应等高频激励,将激发受电弓的弹性模态及富有高频成分的弓网相互作用。为进行更高速下的受电弓动力学参数设计和弓网受流质量评估,需建立反映结构弹性模态的受电弓全柔模型。 基于此背景,本文以新型单滑板高速受电弓为研究对象,通过实验辨识及有限元计算获得了受电弓的模态参数,进行了基于模态实验的受电弓全柔模型修正,探讨了模态参数对工作高度及弓头约束的响应规律,分析了弓头侧滚运动和结构弹性模态对弓网相互作用的影响。主要研究内容包括以下几个部分: (1)开展了一款新型单滑板高速受电弓的模态实验,基于实验测得的频响曲线,利用模态识别算法,获得了260 Hz以内的两阶垂向耦合振动模态参数和六阶垂向弹性模态参数。基于ANSYS有限元商业软件,进行了受电弓初始全柔模型的模态分析,分析了质量补偿对受电弓固有频率和振型的影响。与目标模态的实验振型比对,观察识别出初始全柔模型的目标模态,计算了目标模态频率的仿真数值与实验结果的偏差。 (2)进行了受电弓模态频率对材料参数的灵敏度分析,研究得到弓头、上臂和下臂的弹性模量和密度,及弓头弹簧刚度,对受电弓的八阶垂向模态频率的影响显著,确定了模型修正参数。利用粒子群优化算法,获得了与模态实验结果吻合度较高的修正全柔模型,对弓头模态、框架模态和整弓模态进行模型修正,其与实验结果的误差分别仅为4.6%、2.2%、5.2%。此外,提出了基于模态置信度的振型识别方法,实现了迭代寻优过程中正确率为100%的模态自动识别。 (3)基于常规工作高度、弓头悬浮情形的修正全柔模型,分别建立了五种工作高度和三种弓头约束的全柔模型。分析了弓头和框架模态参数对工作高度和弓头边界的响应规律,研究得出弓头模态频率与工作高度几乎无关,其中,弓头垂振、弓头垂向一阶弯振、弓头垂向三阶弯振的固有频率受弓头约束的影响较大,弓头侧滚、弓头垂向二阶弯振几乎不受弓头约束的影响。框架模态频率与工作高度呈正相关趋势,与弓头约束无关。 (4)通过引入弓头侧滚和结构弹性自由度,建立了三种单滑板受电弓归算参数模型,结合三维弹性链悬挂接触网进行动力学计算。给出了三种模型的接触力标准差、最大值及最小值随速度的变化规律,指出了弓头侧滚运动及结构弹性对调整接触力的重要作用。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/92335] |
专题 | 力学研究所_非线性力学国家重点实验室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 罗羿. 考虑结构弹性的单滑板高速受电弓动力学建模及弓网仿真[D]. 北京. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式: OAI收割
来源:力学研究所
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