[发明专利]基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动态行为仿真方法

权利要求书

1.一种基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动态行为仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于有限元方法和多体动力学方法构建受电弓-刚性接触网系统动态仿真模型；

步骤2：计算并组装受电弓-刚性接触网系统切线矩阵，将切线矩阵线性化，基于Newmark-β假设，计算恒定广义切线矩阵与广义载荷恒定分量；

步骤3：计算在各个接触位置处，单个时间步内，受电弓和刚性接触网受到单位接触力载荷和广义载荷恒定分量时的位移增量；

步骤4：建立线性化迭代增量方程，基于线性叠加法，逐步迭代求解受电弓-刚性接触网动态接触力。

2.根据权利要求1所述的一种基于线性叠加的受电弓刚性接触网系统动态行为仿真方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：

S11：采用绝对节点坐标ANCF梁单元离散刚性接触网汇流排与接触线，其质量矩阵M^A和刚度矩阵K^A分别为：

K^A＝K_L+K_T (2)

其中：

式中，m^A为单元质量，E为杨氏弹性模量，A为ANCF梁单元横截面积，I为ANCF梁单元截面惯性矩，ε为梁单元轴向应变，L为单元原长；

S12：采用三维弹簧单元模拟悬挂结构动态特性，其刚度矩阵为：

式中，k_x、k_y、k_z分别为弹簧单元在XYZ三个方向上的刚度系数，其质量矩阵为：

式中，m^S为悬挂结构等效质量；

S13：根据单元连接关系，组装ANCF梁单元与弹簧单元的刚度矩阵与质量矩阵，得到刚性接触网整体刚度矩阵与质量矩阵；

S14：基于多体动力学方法建立受电弓归算质量模型：

式中，m₁、m₂、m₃分别为弓头、上框架和下框架的质量；c₁、c₂、c₃分别为弓头、上框架和下框架的阻尼；k₁、k₂、k₃分别为弓头、上框架和下框架的刚度；y₁、y₂、y₃分别为弓头、上框架和下框架的位移；F_C和F_L分别为弓网接触力和受电弓静态抬升力；

S15：采用罚函数法耦合受电弓与刚性接触网，初始状态时，受电弓弓头与接触线高度相同，接触力计算公式为：

式中，k_C为弓网间接触刚度，y_cw为接触线在接触点处位移；

建立受电弓-刚性接触网系统运动学方程：

式中，分别为系统整体的速度和加速度向量；M，C分别为系统整体的质量矩阵和阻尼矩阵；P为系统所受外部载荷向量，包括接触力载荷；Q为系统整体弹性内力向量，ANCF梁单元弹性内力计算方法为：

Q^A＝K^AU^A (10)

式中，U^A为ANCF梁单元坐标向量；

弹簧单元弹性内力计算方法为：

Q^S＝K^SU^S (11)

式中，U^S为弹簧单元位移向量。