【正文】 的靜態(tài)剛度K(X)是在該點處垂直作用一向上的單位力所引起位移的倒數(shù)，靜態(tài)彈性計算公式為：K(x)= （41）令E(x)== （42）我們把E (x)稱該點處垂直作用一單位力所引起的位移稱為靜態(tài)彈性。本小節(jié)研究跨距對接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性的影響，改變跨距，保持吊弦數(shù)目不變，其他的參數(shù)（各種線材型號、張力）也不變。 承力索張力對彈性的影響本節(jié)研究承力索張力改變時，其吊弦處各節(jié)點的彈性。還是比較接近的。施加140N的靜態(tài)抬升力，得到的抬升量和各點彈性見表413表413不同接觸線張力下各吊弦節(jié)點處彈性吊弦編號1號2號3號4號5號6號7號抬升量彈性（mm/N）抬升量mm彈性（mm/N）抬升量（mm）彈性（mm/N）吊弦的橫坐標(m)560求其不同張力條件下的彈性不均勻度如下：其彈性曲線圖見圖415：圖415不同接觸線張力的彈鏈彈性曲線由上圖可知，隨著接觸線張力的增加，各節(jié)點的彈性變小，接觸網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的彈性不均勻度在減小?？缰懈浇膹椥郧€相近，隨著彈性吊索長度的增加，定位點附近的彈性有明顯變大，彈性不均勻度減少。通過對該模型施加重力場，找形可以得出接觸網(wǎng)系統(tǒng)的初始模型。我要感謝教授我接觸網(wǎng)課程的董昭德老師，董老師樂觀的人生態(tài)度需要我去學習。其次，我要深深感謝我的畢業(yè)設(shè)計導師方巖老師，從開始的論文選題，方老師就對我非常關(guān)心和指導。改變承力索張力時，對比表48和表414可以看出，在不同的承力索張力條件下，彈鏈的不均勻程度比簡鏈要明顯的降低了。其他幾何參數(shù)均不變，保持接觸線張力為27kN，承力索張力是21kN。得到的抬升量和彈性見表412：表412不同吊弦數(shù)目的彈鏈接觸網(wǎng)彈性吊弦編號1號2號3號跨中4號5號6號m=6抬升量(mm)彈性（mm/N）吊弦橫坐標51627384960m=7吊弦編號1號2號3號4號5號6號7號抬升量(mm)彈性（mm/N）吊弦橫坐標560m=81號2號3號4號跨中5號6號7號8號抬升量(mm)彈性（mm/N）吊弦橫坐標560計算其彈性不均勻度如下：由計算可得在吊弦數(shù)目為7的時候其彈性不均勻度最低，并且其跨中彈性比吊弦數(shù)目為8的時候要小。輸入?yún)?shù)建立三跨彈鏈模型，施加重力得到其位移圖如圖411圖411三跨彈性鏈形懸掛位移圖找形后，其中跨的的模型如圖412所示：圖412 找形后中間跨模型跟研究簡單鏈形懸掛方式的彈性一樣，本節(jié)也是在接觸線上各吊弦的節(jié)點處施加140N的靜態(tài)抬升力。本小節(jié)通過改變接觸線張力的大小來研究接觸線上各節(jié)點的彈性，在此過程中保持承力索張力仍是21KN，其他參數(shù)不變。取簡鏈的中跨研究彈性的對象，在中跨1到7號吊弦和接觸線的節(jié)點處施加一個垂直向上大小140N的力，求得的抬升量如表44：表44簡鏈懸掛接觸線上各吊弦處的彈性吊弦編號1號2號3號4號5號6號7號中跨靜態(tài)抬升量（mm）X軸坐標（m）560彈性(mm/N)德國鐵路公司總結(jié)了一個研究接觸網(wǎng)彈性的公式，該經(jīng)驗公式是算跨中點的彈性，見式（47）： (47)該公式中是系數(shù)，與接觸網(wǎng)懸掛方式有關(guān)，,e的單位是mm/N。第4章 接觸網(wǎng)靜態(tài)彈性分析本章將分別研究兩種我國接觸網(wǎng)系統(tǒng)的常用懸掛的彈性，即簡單鏈形懸掛和彈性鏈形懸掛。固也用LINK10單元來模擬該吊索。該模型包含主要三種線索，分別接觸線、承力索和吊弦。 約束、載荷的施加以及找型有限元理論告訴我們，LINK10對以上模型的參數(shù)輸入僅僅定義了模型中每個索的本構(gòu)方程所對應(yīng)的剛度矩陣。我們在做有限元模擬仿真時，對于單元的選取正確與否直接影響計算結(jié)果。這些線索導線包含了接觸線、承力索、吊弦，彈性吊索。除此之外，APDL還提供簡單頁面定制功能功能，可以實現(xiàn)參數(shù)交互功能、消息機制、界面驅(qū)動、運行應(yīng)用程序還可以分析程序的二次開發(fā)等。并設(shè)定溫度隨著桿長線性變化。下面介紹下LINK10單元的輸入輸出方式：LINK10單元的幾何特性、節(jié)點位置以及坐標系見圖21，該單元利用兩個節(jié)點、橫截面、初始應(yīng)變或間隙以及各項同性材料特性參數(shù)來定義。④具有強勁的非線性分析計算功能⑤各種求解器可以分別適用于不同的問題及各種不一樣的硬件配置本文就是通過運用該軟件強勁的非線性求解分析能力來模擬研究接觸網(wǎng)的彈性分析。④ 電磁場分析：ANSYS可以分析電感和電容、渦流、電磁場電場分布和能量損失等問題。然后通過對節(jié)點位移值進行研究計算，可以得到其他的物理量如：應(yīng)變、應(yīng)力等。也就是說CAD建好的模型可以輕松導入ANSYS軟件中。建立有限元模型并完成單元網(wǎng)格劃分是前處理和處理階段完成的工作；后處理工作主要是采集并處理分析數(shù)據(jù)，可以讓我們更加簡便的獲取參數(shù)信息，最終研究分析得出結(jié)果。節(jié)點力一般情況下可以分為兩種：一個是按照靜力等效原則作用在單元上的分布力轉(zhuǎn)移到該節(jié)點上的節(jié)點載荷，以便建立節(jié)點載荷與節(jié)點位移的平衡方程。如果單元滿足問題的收斂需區(qū)域，當單元尺寸越來越小時，增加求解區(qū)域內(nèi)單元的數(shù)目，解得近似程度會逐漸被改進，結(jié)果的近似值也將會越來接近精確解。第二章先介紹有限元理論，再介紹ANSYS軟件的特點和運用該軟件研究計算接觸網(wǎng)彈性的好處，最后再對APDL進行簡介。 總的來說，國內(nèi)外的高速接觸網(wǎng)發(fā)展的趨勢有以下幾點：①接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越簡單，便于施工維修，并提高接觸網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性②在接觸網(wǎng)系統(tǒng)的線料參數(shù)不變的情況下，適當提高接觸線張力，減小系統(tǒng)的彈性不均勻度，以及減小接觸線彈性和提升了接觸線波動傳播速度，進而為提升機車運行速度提供保障。采用的是簡單鏈型懸掛。為了滿足國內(nèi)外高速鐵路的加速發(fā)展和市場的激烈競爭，必須對接觸網(wǎng)的彈性問題進行研究計算并應(yīng)用到實際中。他們是60年代孤獨的先行者。1990年5月，試驗運行速度達到500km/h以上。對這兩個模型通過結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS計算得出靜態(tài)結(jié)構(gòu)，找型，計算吊弦長度。有限元法一種有效的數(shù)值計算方法，它廣泛適用在電子計算機的編程計算中。節(jié)點可以分為鉸接，固接或其他形式的連接。離散的單元的數(shù)目大小跟實際工程問題的計算精度有關(guān)。基本上可以解決所有的結(jié)構(gòu)分析、熱分析、流體力學、以及電磁場領(lǐng)域的很多問題。包含強勁的求解器以及強大的前后處理功能。2 結(jié)構(gòu)動力分析：其研究對象是跟著時間變化而變化的外界載荷影響下的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。瞬態(tài)磁場分析,計算出隨時間變化的電流或磁場引起的外部世界。這樣可以最大程度的適用于實際的工程問題。而裂口的值需要當成單位長度之值輸入。無重要的剛度值和帶有一個負值相對位移的纜選項以及帶有一個正值相對位移的裂口選項相關(guān)的?？傊?，APDL拓展了傳統(tǒng)有限元分析范圍之外的能力。選用合理的單元建立接觸網(wǎng)系統(tǒng)的有限元模型，這樣可以比較科學系統(tǒng)的進行接觸網(wǎng)模型的有限元仿真分析。 線夾和定位懸掛裝置的處理對于實際的接觸網(wǎng)，結(jié)構(gòu)連接處比較多，在ANSYS當中可以處理為質(zhì)量點的形式進行加在，在質(zhì)量點上可以加載力或者重力等信息，以集中荷載的方式加入到接觸網(wǎng)系統(tǒng)有限元模型的荷載矩陣里。由于這里我們把索的張力等效為其初始應(yīng)變值，因此，可以把兩端固定來建立模型。具體的參數(shù)大小如表32所示。位移云圖顯示如圖37所示：圖37有限元求解后三跨彈鏈模型的位移圖然后讀出其三跨的的承力索與吊弦的節(jié)點坐標，即可求的三跨彈鏈各吊弦的長度，如表35所示：表35三跨彈性鏈形懸掛各吊弦長度(單位m)1號2號3號4號5號6號7號首跨中跨末跨由上面數(shù)據(jù)看出，每跨的4號吊弦也就是跨中吊弦最短。 接觸網(wǎng)的靜態(tài)彈性曲線：接觸線上各節(jié)點在單位靜態(tài)抬升力單獨作用下形成的抬升量/抬升力的曲線。在設(shè)置模型中一直保持1號吊弦和7號吊弦跟各自附近的懸掛點距離都是5米，即參數(shù)中的a始終為5，改變其跨距L，改變3次L參數(shù)，分別為50m、65m、80m。保持接觸線張力不變?yōu)?7kN，三次改變承力索張力分別為：27kN、18KN、15KN。跟簡鏈的彈性均勻度相比較，可以看出彈鏈的彈性不均勻度明顯大大的降低了，這是因為增加了彈性吊索，增加了定位點附近的彈性。所以適當增加接觸線張力可以提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的彈性性能。所以適當增加吊索的長度有利于改善接觸網(wǎng)系統(tǒng)彈性性能。然后在接觸線上對應(yīng)的吊弦節(jié)點處施加一恒定的靜態(tài)抬升力，可以得出該力作用下的新狀態(tài),對比不加抬升力的初始狀態(tài)就可以得出接觸線上各節(jié)點的位移變化量即靜態(tài)抬升量。還要感謝吳積欽老師，曾明老師，韓峰老師，感謝他們對我學業(yè)的指導。首先我要感謝西南交大對我的培養(yǎng)，感謝交大可以我這樣一個機會來給自己的大學時代畫一個圓滿的句號?？梢妼τ趶楁?，適當增加接觸線可以減小彈性不均勻度，而對于簡單鏈形懸掛來說，增加接觸線張力只是減小其彈性，對一個其跨距內(nèi)的彈性不均勻度影響不明顯。分別設(shè)置彈性吊索的長度為1120米。其他參數(shù)均不變。 (411)這里對彈性吊索的幾何結(jié)構(gòu)處理利用了一些近似，與實際情況下的接觸網(wǎng)系統(tǒng)有些不同。由上面數(shù)據(jù)可以看出布置7根吊弦的彈性性能比較好，有較低的彈性跟彈性不均勻度。并與沒有加抬升力時候的節(jié)點位置比較，計算其差值即為抬升量。其實對于結(jié)構(gòu)高度，吊弦跨距不一致的接觸網(wǎng)系統(tǒng)模型，也是可以通過ANSYS編程求解的，只是設(shè)置不同的參數(shù)而已，用于實際接觸網(wǎng)施工問題的計算研究，在本論文中不做討論。跟簡單鏈型懸掛方式不同，彈性鏈型懸掛在每個支柱處的兩側(cè)添加了彈性吊索，彈性吊索也是一種柔性索結(jié)構(gòu)，跟前面幾種線索一樣僅受拉力。 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。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。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)。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線為主要研究對象。分支、循環(huán)、重復以及訪問ANSYS有限元數(shù)據(jù)庫等。單元的面積也是要為正。該單元包含應(yīng)力剛化、大變形等功能。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。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。ANSYS對模型進行結(jié)構(gòu)分析，可以得到節(jié)點位移。它的通用性表現(xiàn)在它可以和大部分的CAD軟件接口?？偟膩碚f，有限元分析大致可以分成三個階段：前處理、處理和后處理。節(jié)點載荷是作用在節(jié)點上的外載荷。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。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。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。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。 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。當時采用的是復鏈式懸掛。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。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。有限元法起源于20世紀50年代，當時用來研究航空中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分析，結(jié)構(gòu)力學中一種最主要分析方法叫做結(jié)構(gòu)矩陣分析。節(jié)點一般分為主