高速列车受电弓的流固耦合动力学分析

摘要

最近几年，随着我国高速铁路的迅速发展，高速列车受电弓的结构及其受流的稳定性也就变得越来越重要。高速列车在运行时由受电弓从接触网获取电能，以保证高速列车平稳可靠运行。受电弓与接触网之间良好的受流质量是保证高速列车平稳运行的基本条件之一。随着列车速度的提高，受电弓与周围空气的作用变得十分剧列，空气动力学性能也发生显著的变化，对受电弓的整体结构、导流板的设置要求更高。本文以SSS400+型受电弓为参考，对高速列车受电弓在不同运行方向进行流固耦合仿真计算分析，并对导流板进行设计，安装合适的角度平衡不同运行方向上的抬升力，具体有以下内容：
　　首先，应用Solidworks软件建立双向运行的高速受电弓的三维实体模型及有限元模型，并依据流体力学理论，建立高速列车受电弓的空气动力学模型，以及在隧道内受电弓的空气动力学模型。
　　其次，运用有限元分析软件AnsysWorkbench，对受电弓进行整体强度、横向刚度、上框架和下臂杆的固有频率、振型的计算分析，为流固耦合的计算提供参考条件。
　　再次，运用Fluent软件对受电弓在明线平面、隧道内不同运行方向的周围流场进行仿真，以及受横风影响时的周围流场进行分析，并计算出受电弓所受的表面压力、速度、矢量变化。
　　最后，借助AnsysWorkbench软件及Fluent软件，建立受电弓流-固耦合仿真平台，对受电弓进行流固耦合仿真计算，求出受电弓在不同运行方向下的总变形、等效应力，设计并安装导流板来克服受电弓在不同运行方向上的抬升力。本文中的计算结果及分析为高速铁路受电弓的流固耦合分析、导流板的设计及其空气动力学性能优化具有一定的参考价值。

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1引 言

1.1研究背景与意义

1.2弓网系统研究现状

1.3研究方法

1.4研究内容及安排

2 数值计算方法

2.1空气动力学基本控制方程及数值求解法

2.2湍流理论

2.3流固耦合力学

2.4计算流体力学常用的数值方法

3 高速列车受电弓整体结构特性仿真

3.1受电弓三维实体模型的建立

3.2受电弓静态特性分析

3.3受电弓动力特性分析

3.4本章小结

4 高速受电弓空气动力学仿真

4.1列车明线平面运行时受电弓周围流场

4.2列车隧道内运行时受电弓周围流场

4.3列车明线运行时横风对受电弓周围流场的影响

4.4本章小结

5 高速列车受电弓流固耦合数值分析

5.1列车明线平面运行时受电弓流固耦合计算

5.2列车隧道内运行时受电弓流固耦合计算

5.3列车明线运行时横风对受电弓周围流场的流固耦合计算

5.4导流板的设计

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2工作不足与展望

参考文献

在学研究成果

致谢