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柔性梁的受电弓/接触网动力学分析

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一、弓网仿真概述

为保证弓网间的稳定受流,受电弓的弓头滑板和接触网的接触压力要保证在一定范围内。对于弓网系统来说,接触力的变化幅度越小越好,受流就越稳定,动态性能就约好。当接触压力过小和接触电阻大时,弓网接触部分将产生大量的能耗和电热,严重时甚至造成离线;当接触压力过大时,接触线抬升量增大,会使接触线局部弯曲,引起疲劳损伤。

弓网动力学的主要任务就是抑制弓网间有害振动,确保受电弓的平稳受流,为列车告诉运行条件下弓网的结构选型和参数优化提供理论指导。

二、当前仿真现状

目前进行弓网动力学仿真,主要是使用Simpack和有限元软件刚柔耦合分析方法,例如,马果垒等工程师借助有限元软件和Simpack建立弓网刚柔耦合仿真平台,对受电弓参数进行了深入分析;王华伟利用CAD软件和有限元软件建立受电弓和接触网的实体模型,导入到Simpack中,建立受电弓和接触网的动力学仿真模型,分析了受电弓的基本动力学特性。

但是,这种建模仿真存在以下问题:

(1)使用有限元软件生成柔性体在Simpack软件中只能考虑其线性模态性能,无法准确模拟接触网高压线的非线性性能;

(2)在多体软件中,对有限元生成的柔性体进行接触仿真,仿真速度比较慢;

(3)生成的柔性体无法在Simpack中直接编辑,必须返回到有限元软件中编辑后并重新生成。

三、使用Simbeam进行弓网分析

仿真动画演示

先看一下使用Simbeam柔性梁建立弓网模型的仿真动画。动画中不断变化的箭头表示弓网之间接触力的大小和方向。

Simbeam介绍

Simpack Simbeam为在Simpack软件中建立类似于有限元离散梁结构模型的前处理模块,使用此模块不需要有限元软件。使用Simbeam模块,用户可以交互式地建立三维弹性梁式结构,方便直观地构筑柔性体。该模块在建立Simpack模型前处理中可以直接使用,通常用于如车辆系统中的钢板弹簧、抗扭梁和风机中的叶片等部件建模。

目前,Simpack有Linear Simbeam和Nonlinear Simbeam两种类型,顾名思义,就是线性和非线性离散梁。而且从2018x版本,Nonlinear Simbeam开始支持PCM接触,这样就为弓网接触分析提供了条件。

Simpack软件提供的柔性体类型

Simbeam还用于绳索模型的仿真。

还可以用于传动轴的快速建模。

四、建立Simbeam的操作方法

操作过程

Simpack中新建模型,把Body类型修改为Nonlinear SIMBEAM类型,然后输入下面的节点位置参数和节点的截面参数。

Simpack中表格参数(如SIMBEAM,Input Function等)支持与Excel中数据相互**&粘贴。在此模型中,因为输入的参数很多,手工输入很麻烦,可以现在Excel中编辑好数据,然后**到SIMBEAM表格中。Excel数据示意如下:

在进行SIMBEAM建模前,需要先建立SIMBEAM使用的材料和截面。

建立简化的受电弓模型,滑板与高压线之间施加199 PCM接触力元,参数设置如下。

建立后简化的模型如下图所示。

仿真结果

这个Demo模型主要是为了介绍如何使用Simbeam建立接触网,对实际模型进行了大量的简化,参数也没有参考实际数据设置,这些还都需要后续进一步工作来完善。

这个模型中滑板使用的是刚性体,后续也可以使用Simbeam建立滑板离散梁柔性体,使之与接触网进行接触仿真。

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首次发布时间:2019-04-02
最近编辑:5年前
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