[发明专利]基于绝对节点坐标法的刚性接触网中间接头导高计算方法

说明书

本发明公开了一种基于绝对节点坐标法的刚性接触网中间接头导高计算方法，具体为：根据刚性接触网设计参数，采用绝对节点坐标梁单元与弹簧单元建立刚性接触网不含中间接头的有限元模型；根据中间接头沿线布置位置，计算中间接头导致的额外重力载荷向量；采用牛顿迭代法，求解刚性接触网静平衡方程，获得精确的刚性接触网导高曲线；提取中间接头处导高。本发明能够精确求解出考虑中间接头的刚性接触网导高曲线，且能够得到中间接头处导高的精确值，为刚性接触网形态计算提供了一种精确的数值计算方法。

技术领域

本发明属于刚性接触网仿真技术领域，具体涉及一种基于绝对节点坐标法的刚性接触网中间接头导高计算方法。

背景技术

刚性接触网汇流排一般为12m一根，汇流排之间采用中间接头相连接。相对于其他普通区段，中间接头处存在额外质量，在重力作用下，刚性接触网在此处可能存在额外垂度。受限于线路试挂试验的高额成本，不可能进行大批量试挂试验评估中间接头导高以及刚性接触网导高变化情况。在刚性接触网动静态性能研究领域，数值仿真一直是主流研究方法。绝对节点坐标法(ANCF)是Shabana等(AA.Shabana.An absolute nodal coordinateformulation for the large rotation and deformation analysis offlexiblebodies.Technical Report.No.MBS96-1-UIC,1996.)为了处理柔性体大转动和大变形问题而提出的，该方法引入节点斜率坐标作为节点自由度，所建立的多体动力学方程的广义质量矩阵为常数矩阵，不包含科氏和离心惯性项，且能够精确地描述结构的刚体运动。L.Chen等(Chen L,Liu Z,Zhang J,Hu Z.Influence ofkey parameters on high speedoverhead conductor rail and pantograph system.In:Klomp M.,Bruzelius F.,Nielsen J.,Hillemyr A.(Eds.)Advances in Dynamics ofVehicles on Roads andTracks.IAVSD2019.Lecture Notes in Mechanical Engineering.Springer,Cham.https://doi.org/10.1007/978-3-030-38077-9_25.)采用绝对节点坐标法建立了刚性接触网一般区段的有限元模型，并进行了弓网动态仿真，但没有考虑中间接头引起的导高变化问题。

发明内容

为能够精确计算出引入中间接头后刚性接触网的导高曲线以及中间接头处的导高值，本发明提供一种基于绝对节点坐标法的刚性接触网中间接头导高计算方法。

本发明的一种基于绝对节点坐标法的刚性接触网中间接头导高计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据刚性接触网设计参数，采用绝对节点坐标梁单元与弹簧单元建立刚性接触网不含中间接头的有限元模型。

S11：根据刚性接触网实际布置空间，采用ANCF梁单元离散刚性接触网汇流排与接触线，采用弹簧单元离散悬挂结构，并根据单元连接关系，组装刚性接触网不含中间接头的模型刚度矩阵K和切线刚度矩阵K_T。

S12：组装刚性接触网不含中间接头情况下的重力载荷向量P₀。

步骤2：根据中间接头沿线布置位置，计算中间接头导致的额外重力载荷向量。

S21：根据中间接头沿线布置位置，判断中间接头在模型中所处的单元。

S22：逐个计算中间接头引起的额外重力载荷，计算方法为

其中，P_s为单个中间接头引起的重力载荷向量，m_s为单个中间接头的质量，g为重力加速度，为中间接头在ANCF单元上所处位置处的形函数的转置。