【正文】 長度由上表可以看出，吊弦的長度具有對稱性，中跨的吊弦長度最短。并設(shè)三種線索有相同的彈性模量。先介紹該系統(tǒng)的物理模型和輸入?yún)?shù)。 簡單鏈形懸掛的有限元模型 與上一小節(jié)相似，現(xiàn)在要建立簡單鏈形懸掛的有限元模型。其具體參數(shù)如下表31所示表31承力索輸入資料承力索張力T21KN跨距L65m材料密度8890kg/彈性模量E Pa泊松比線重量g*建立承力索的模型后，施加垂直向下的重力，得到如圖31的變形圖，然后根據(jù)傳統(tǒng)力學(xué)的求弛度的方式再求一次，對比該結(jié)果，確定建立有限元模型研究接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性的可行性。必須對模型計算找型。這個邊界條件在本論文的有限元模型中就是對桿單元的軸向兩端進行X、Y方向上自由度約束以及施加載荷，這里的載荷就是線索的材料重量，在下一章的彈性研究中又多了靜態(tài)抬升力這個載荷。這里比較特殊的是吊弦，因為在建立模型的時候沒有給出吊弦的張力，它的初始應(yīng)變的求法，是把其自身的重量作為線張力來帶入計算求解得到ISTRN。LINK10首先要對單元進行定義，它要求輸入一系列參數(shù)如接觸線、承力索、吊弦的橫截面面積A，初始應(yīng)變ISTRN。這樣可以更為方便進行理論計算。 吊弦和彈性吊索的單元選型作為鏈接承力索與接觸線的重要結(jié)構(gòu)單元，彈性吊索和吊弦也是柔性的懸掛結(jié)構(gòu)，它們跟接觸線以及承力索的力學(xué)模型一樣，都是只能受拉不能受壓的。這種近似在一定范圍內(nèi)是可以接受的，但是如果計算精度要求較高，還需要考慮這兩種線索的彎矩，此時用梁單元模擬該結(jié)構(gòu)。索在物理力學(xué)模型里面是柔性的，只能受拉力，收到壓力時其剛性消失。這樣做是為了簡化接觸網(wǎng)系統(tǒng)模型，便于APDL參數(shù)化語言編程。這些線索只能收拉不能受壓力。由于本人科研實力有限，所以在論文中本人以接觸網(wǎng)系統(tǒng)中第一個主要部分建立模型研究計算，這里主要建模研究對象為架空接觸懸掛的線索和導(dǎo)線為主要研究對象。進而為下一章彈性研究做鋪墊，第四章主要通過改變其參數(shù)，計算節(jié)點位移量，并對比計算彈性和彈性均勻度，可以用于接觸網(wǎng)彈性分析，得出各種參數(shù)改變對接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性影響的結(jié)論，分析結(jié)論確立科學(xué)的結(jié)構(gòu)模型達到接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性均勻和彈性良好這個特點，為接觸網(wǎng)的設(shè)計施工提供科學(xué)依據(jù)。包括靈敏度的研究等，同時也提供了Workbench用戶分析的深度和廣度。很大程度上提高了分析效率，減化了手動編程的繁瑣性。分支、循環(huán)、重復(fù)以及訪問ANSYS有限元數(shù)據(jù)庫等。應(yīng)力剛化和大變形影響可以和一些纜的問題一起使用。如果單元所處狀態(tài)在一個子步內(nèi)改變了，那么這個改變的影響在下一個子步內(nèi)也存在。LINK10設(shè)計程序求解如下：在首個子步初始時的單元狀態(tài)決定于初始應(yīng)變或裂口的輸入值，如果對于纜選項這個值小于0，則對于這個子步來說單元的剛度被認為是0。單元的面積也是要為正。單元輸出定義表使用如下標(biāo)記：在名稱列表中的冒號（：）表示該項可以用分量名方法[ETABLE，ESOL]來處理；○；R列表示該項可用于結(jié)果文件。如果ISTRN大于0并且KEYOPT(3) = 1，表面裂口最初是打開的材料特性EX（彈模）, ALPX（熱膨脹系數(shù)）, DENS（密度） , DAMP（對于阻尼域的矩陣乘數(shù)K）面載荷無體載荷溫度 T(I)，T(J) 特殊特性非線性、應(yīng)力剛化、大變形、單元生死KEYOPT(2)0 表示松弛的纜沒有剛度1 松弛的纜縱向運動時有分配了小剛度2 松弛的纜縱向運動并且在垂線方向也有運動（僅在應(yīng)力剛化時適用）時分配了小剛度KEYOPT(3)0 僅受拉（纜）選項1 僅受壓（裂口）選項而LINK10單元的輸出形式有兩種，分別是：全部節(jié)點解的節(jié)點位移；附加的單元輸出，見表LINK10單元輸出信息表22。當(dāng)選項為纜時，應(yīng)變值為負代表的意思是單元在松弛狀態(tài)。該單元包含應(yīng)力剛化、大變形等功能。這樣可以更為方便進行理論計算。一般用桿單元來模擬。從這幾個單位的結(jié)構(gòu)形式來看，結(jié)構(gòu)細長，跨度比較大。主要技術(shù)特點有以下幾點：①唯一可以滿足多場以及多場耦合分析計算的軟件②唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型FEA軟件③唯一可以不同物理場疊加優(yōu)化分析功能的仿真分析軟件。壓電分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析。高頻電磁場分析,用于微波、波導(dǎo)、雷達系統(tǒng)、同軸進行分析。靜態(tài)磁場分析,計算直流(DC)或永久磁鐵產(chǎn)生的磁場。熱分析可以模擬材料固化和融化過程，此外還可以分析熱和架構(gòu)的耦合。③ 熱分析：ANSYS可以用于進行熱分析，它可以編程計算分析系統(tǒng)的溫度或者其他熱力學(xué)量的分布和變化響應(yīng)。但是動力分析需要把阻尼和系統(tǒng)慣性參考進去，不能忽略它們的影響。通過軟件計算分析，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力、位移等物理量。ANSYS對模型進行結(jié)構(gòu)分析，可以得到節(jié)點位移。通過ANSYS的建模計算，能夠在很大的程度上減少設(shè)計成本，降低設(shè)計時間，提高設(shè)計效率。該軟件主要包括:預(yù)處理模塊、計算模塊和后處理模塊。具有多物理場的優(yōu)化功能，客戶的開發(fā)環(huán)境也非常優(yōu)良。它的通用性表現(xiàn)在它可以和大部分的CAD軟件接口。目前該軟件應(yīng)用在的行業(yè)也是遍布全球?？梢猿浞掷糜嬎銠C的高速計算能力，計算快速簡便。可以通過直觀易懂的物理概念來理解，也可以建立嚴格的數(shù)學(xué)分析理論。總的來說，有限元分析大致可以分成三個階段：前處理、處理和后處理。接著對單元建立方程，構(gòu)造單元剛度矩陣，而對單元組合成總體的問題構(gòu)造總體剛度矩陣，這個過程需要利用幾何方程、變分原理、本構(gòu)方程來確立，先分別確立各個單元的平衡方程，然后再組合而成其整體結(jié)構(gòu)的平衡方程。它的數(shù)學(xué)意義是插值位移函數(shù)，通過計算節(jié)點位移，我們要得到單元體的物理特性。但有限元求解法基本步驟一般都是一樣的。節(jié)點載荷是作用在節(jié)點上的外載荷。構(gòu)件的本身性質(zhì)以及實際研究的范圍決定了結(jié)構(gòu)可不可以看作自然單元。把它看作在節(jié)點處相互作用相互連接的單元集合體，這些單元集合體組成龐大的離散型結(jié)構(gòu)。常用術(shù)語有節(jié)點、單元、節(jié)點力、節(jié)點載荷、位移函數(shù)、收斂準(zhǔn)則等等。有限元法常常用于分析計算連續(xù)系統(tǒng)問題時實際上就是一種把實際系統(tǒng)離散化的分析手段。實際上對于任意一個連續(xù)系統(tǒng)，其單元數(shù)目是具有無限性，但是計算機的儲存容量以及其運算速度總是有極限的，如果把一個系統(tǒng)拆分成無限多個單元，那么計算機將不容易處理。結(jié)構(gòu)矩陣分析法認為任意一個結(jié)構(gòu)都可以看作是由有限個小單元互相作用相互影響并相互連接而成的一個集合體，我們可以把每個單元的力學(xué)特性可以比作機械上的零件，組裝在一起就可以提供整體的力學(xué)特性。最后進行近似求解。在使用LINK10單元時，可以調(diào)整設(shè)置受拉選項，如果桿單元受壓，桿剛度就會消失，所以用以此來模擬索的松弛或彈性吊索的松弛比較好。將從電能從牽引變電處獲得并輸送給電力牽引機車。然后改變模型的參數(shù)再次通過上訴方法計算靜態(tài)抬升量，得出在不同因素的作用下對接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性均勻度以及每個關(guān)鍵點彈性的影響，計算出在不同因素情況下得到的彈性參數(shù)，對比并得出結(jié)論。本論文主要研究這些參素的改變對于接觸網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性影響以及其均勻度影響。在Re330型接觸網(wǎng)中繼續(xù)使用了傳統(tǒng)的鏈型懸掛，但是加大了接觸線張力，原來的Re250其接觸線15KN到Re330型其接觸線張力增加到27KN，跨距也減小了，由原來的Re250型80m減少到了65m，并將彈性吊索的結(jié)構(gòu)進行了簡化，在凈空受到限制或施工比較困難的區(qū)段取消了安裝彈性吊索，換成了安裝簡單鏈形懸掛，同時研究高性能的受電弓來滿足機車高速運行的取流和穩(wěn)定。在多年的實踐運營下，先后推出Re7Re100、Re 160、Re200 、Re250、Re300 、Re330型接觸網(wǎng)。同樣采用全補鏈型懸掛的還有TGV東南線，它的彈性鏈型輔助索長度為15m，總的接觸線張力為28KN。隨著列車速度的不斷增加，接觸線張力也在增加， 300km/h的路段接觸線張力在20KN，而時速350km/h的路段接觸線張力增加到25KN，所以法國接觸網(wǎng)公式的重點放在改善受電弓機械性能，并研發(fā)高性能的受電弓。作為80年代的新霸主，法國高速鐵路大西洋線于1989年開幕，連接巴黎和法國西部，時速300km/h。使得接觸網(wǎng)的受流綜合性能得到大幅度提升。其彈性非常大，其跨中的彈性甚至能達到定位點彈性的百分之九十以上。經(jīng)過多年的鐵路運營表示，在相同的接觸網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)下，并且在相同的列車行駛速度下，彈性鏈型懸掛方式比簡性鏈型懸掛方式要運行的更加平穩(wěn)，其原因在于彈性鏈型懸掛增加了彈性吊索，減小了其彈性不均勻度和接觸線弛度。 國內(nèi)外研究的狀況 現(xiàn)代高速鐵路大多數(shù)采用的都是電力牽引方式，電力牽引的重要主體就是接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)的彈性性能的優(yōu)劣直接影響電力機車弓網(wǎng)的受流質(zhì)量，最后直接影響列車運行的速度和行車安全。接觸網(wǎng)彈性仿真計算設(shè)計方案一、 緒論 研究目的及意義 在電氣化鐵路的供電系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)系統(tǒng)是極其重要的組成部分，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的投資比較大，并且無備用，其工作環(huán)境本身就比較惡劣，在高速運行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機車正常取流，這就要求接觸網(wǎng)系統(tǒng)在機械結(jié)構(gòu)上具有較好的穩(wěn)定性和良好的彈性性能。在我國大力發(fā)展高鐵的大環(huán)境下，研究接觸網(wǎng)的彈性影響對提高弓網(wǎng)之間的受流質(zhì)量有著重要的作用以及指導(dǎo)意義。簡單鏈型懸掛和彈性鏈型懸掛都可以滿足高速弓網(wǎng)的受流要求，簡單鏈型的靜態(tài)不均勻度較大，其動態(tài)接觸力比彈性鏈型懸掛方式要大，彈性鏈型懸掛方式的接觸線動態(tài)態(tài)抬升量，容易產(chǎn)生疲勞，技術(shù)的關(guān)鍵在于彈性吊索的安裝，施工搶修也比較麻煩。當(dāng)時采用的是復(fù)鏈?zhǔn)綉覓?。這種鏈型懸掛加大了承力索接觸線等線索的張力和直徑，取消了復(fù)雜的彈性組合吊弦，這一改變使得接觸網(wǎng)系統(tǒng)的重量變大，減少了接觸網(wǎng)的彈性，減少接觸線的抬升量，減少接觸網(wǎng)系統(tǒng)的振動幅度。但是日本近年來的兩種主要的接觸網(wǎng)懸掛方式，其接觸線張力都在逐漸增加（，）重復(fù)鏈型懸掛和簡單鏈型懸掛目前已經(jīng)成為日本的兩種標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)懸掛類型。所以目前法國主要采用簡單鏈型懸掛方式。法國在160km/h時速的接觸網(wǎng)采用的是全補鏈型懸掛，彈性鏈型輔助索長度為12m，吊弦之間的間距為9m。 上世紀(jì)五十年代，德國便開始進行制定接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的工作。90年代在Re250懸掛標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)又推出了新的Re330型接觸網(wǎng)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于時速300km/h的線路上。 本論文的研究內(nèi)容和方法 接觸網(wǎng)的彈性和彈性均勻度受很多因素的影響，比如懸掛類型，承力索張力，接觸線張力，彈性吊索長度，跨距，吊弦數(shù)目等等。然后在接觸線上每個吊弦位置的節(jié)點處添加靜態(tài)抬升力，對比沒加靜態(tài)抬升力的情況下得出每個節(jié)點Y方向上的位移差值，就可以計算出每個點的彈性，進而求出彈性均勻度。通過支持裝置將接觸懸掛架設(shè)在各個支柱上，其功能用處是傳輸電能。而ANSYS中LINK10單元比較特殊的雙線性剛度矩陣這個特性正好可以滿足這個特性，使索成為一個軸向只受拉力或者只受壓力的桿單元。它把求解的連續(xù)系統(tǒng)離散成有限個簡單且相互作用的小元素，也稱作單元。有限元法起源于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時用來研究航空中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分析，結(jié)構(gòu)力學(xué)中一種最主要分析方法叫做結(jié)構(gòu)矩陣分析。從另一個方面看，運用計算機求解離散系統(tǒng)問題還是比較輕松的，也比較迅速，即使系統(tǒng)單元數(shù)目比較龐大。然而離散變量的個數(shù)變多時，再用計算機分析計算就可以得到收斂于實際的連續(xù)解。下面介紹一下有限元的常用術(shù)語。節(jié)點一般分為主外節(jié)點，內(nèi)節(jié)點，副主外節(jié)點和內(nèi)節(jié)點3類，有了節(jié)點再能把一些工程中的實際連續(xù)體簡化。自然單元是指某些工程構(gòu)件比如說銜架結(jié)構(gòu)連桿，這種結(jié)構(gòu)在分析時不需要分割。節(jié)點力和節(jié)點載荷，相鄰單元之間的相互作用是通過節(jié)點來實現(xiàn)的，節(jié)點力就是節(jié)點之間的相互作用力，也叫節(jié)點載荷。雖然在實際工程問題中有著不同的物理性質(zhì)、不同的數(shù)學(xué)模型。然后定義行為特性，行為特性的物理意義是反映單元的力學(xué)物理特性。這個過程的重點就是確定科學(xué)合理的位移函數(shù)，大部分的位移函數(shù)都是多項式的。最終為后處理階段，通過后處理可以分析得出其他有用的參數(shù)信息，比如應(yīng)力、變形位移、溫度等。有限元法的平衡方程和剛度矩陣可以采用不同的理論建立。③ 采用矩陣形式表達，有利于計算機編寫程序求解。廣泛應(yīng)用在電磁、流體、結(jié)構(gòu)、熱、聲學(xué)等很多科學(xué)領(lǐng)域的研究計算。ANSYS是首個通過ISO 9001質(zhì)量認證的有限元分析軟件。可以實現(xiàn)多場耦合與多場分析。為我們解決龐大的工程項目。 ANSYS的主要功能ANSYS軟件在實際工程問題上應(yīng)用非常廣泛，在機電類、土木工程、電子工程及航天航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，都能達到某種程度的可信度，為工程施工維修提供有效的科學(xué)依據(jù)，廣受工程師的好評。② 結(jié)構(gòu)分析，有限元分析最常見的應(yīng)用方向。它的研究對象多為控制不改變的外界載荷影響下的結(jié)構(gòu)。通過軟件計算求解其動態(tài)響應(yīng)。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性（彈塑性，粘彈性，超彈性）、幾何非線性（大變形，大應(yīng)力，應(yīng)力強化等）和單元非線性（接觸問題、鋼筋混凝土單元）三種。三種類型可以瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)線性和非線性分析。磁場分析大致可以分為幾類。電場分析,用于計算電場的電阻或電容系統(tǒng),典型的電量、電荷密度、電場和電流密度和耐熱性,等。⑥ 壓電分析：壓電分析可以用來分析二維或者三維結(jié)構(gòu)對AC、AD或者隨著時間變化而變化的電流以及機械載荷的響應(yīng)。 ANSYS軟件的主要特點ANSYS是一個擁有強大的有限元分析能力的軟件，它有良好的前后處理功能,用戶可以GUI方式建立了幾何模型,網(wǎng)絡(luò)分區(qū)和添加約束條件等各種強大的功能,研究非線性和動態(tài)問題時候可以良好支持子結(jié)構(gòu)分析