高速及超高速弓网振动特性研究

在高速及超高速度运行条件下，研究列车-线路耦合振动对受电弓-接触网系统振动特性的影响；研究接触网和受电弓空间运动、结构弹性变形、高速滑动效应和气流扰动对受电弓-接触网系统动态行为的影响；建立考虑列车-线路-受电弓-接触网-气流耦合的大系统模型。研究接触网结构的波动入射、波动反射和波动叠加规律，辨识接触网结构的波动特征、传播规律和干涉机制；研究不同接触网结构、线材和张力条件下精确的接触网波速表达形式和波动速度；研究不同波速利用率下的弓网振动特性以及与受电弓临界速度的关系，确定接触网波速的利用率极限。研究不同速度、运行方向、车顶状态和线路条件下弓网系统的气动特性，确定其气流特征和演变规律；研究强气流作用下受电弓和接触网的流致振动效应，以及对高速及超高速弓网振动特性的影响；研究受电弓双向运行的气流差异、明线和隧道的气流差异，以及不同气流特征对弓网动态特性及受流质量的影响规律。

结合中国高速铁路的发展，针对高速列车运营过程中列车振动、气流扰动以及接触网波动等对弓网受流的影响，建立了车-线-弓-网-气流耦合大系统动力学模型。研究高速列车振动以及桥梁振动对弓网动力学性能的影响，其中，列车/线路的动力学模拟采用了数值仿真以及混合模拟方法，考虑到受电弓质量相对较小，对列车振动的影响可忽略，因此，车体振动作为外部激励传递给弓网耦合动力学模型；基于流固耦合技术，在每个仿真步长内进行了气动力以及受电弓动态位移的交互计算，提出了流致振动条件下的弓网耦合动力学仿真方法，首次开展了列车在明线和隧道运行时，受电弓气动行为以及弓网耦合振动行为的研究；建立了考虑垂向、纵向以及横向的弓网耦合动力学模型以及基于AR模型建立了接触网脉动风场，开展了列车在横风中运行时，接触网振动以及受电弓气动力对弓网动力学的影响研究；建立接触网波动特性仿真模型，揭示了链型结构悬索波动传播、波动分散和波动汇合的振动规律，完善并建立了接触网的波动理论，论证了接触网波速计算公式的准确性和使用范围。本项目的研究对于中国高速弓网系统的设计、开发和运用具有重要的理论和现实意义。