内容简介
全书从接触网的结构特性出发，详细介绍了有限元方法在接触网系统中的实施方案，包括棘轮补偿装置、腕臂及定位装置、接触网悬挂系统等关键部件的力学特性仿真分析，以及弓网动态相互作用力学仿真分析。通过理论计算与ANSYS软件仿真相结合，深入探究了接触网在不同工况下的应力分布、变形特性及动态行为规律。 本书可以用作接触网检修相关课程的教学用书，还可供从业人员学习参考。
目录
第1章 绪论 1
1.1 接触网概述 1
1.1.1 接触网的定义 2
1.1.2 接触网的供电方式 3
1.1.3 接触网的基本结构 5
1.2 本书的内容体系 10
小结 11
第2章 有限元方法与ANSYS 12
2.1 有限元方法及ANSYS的发展 12
2.2 ANSYS Workbench的应用 13
2.2.1 Workbench项目管理 14
2.2.2 建立几何模型 18
2.2.3 用Mechanical进行有限元分析 19
2.2.4 定义零件属性 21
2.2.5 几何工具 25
2.2.6 坐标系 25
2.2.7 定义连接 26
2.2.8 网格划分 28
2.2.9 结果后处理 29
2.3 ANSYS Workbench应用实例 31
小结 48
第3章 接触网补偿装置的力学特性仿真 50
3.1 接触网补偿装置的结构特性 50
3.2 棘轮补偿装置的性能参数与安装技术标准 52
3.2.1 棘轮补偿装置的性能参数 53
3.2.2 棘轮补偿装置安装技术标准 53
3.3 棘轮补偿装置的工况分析及理论计算 55
3.3.1 一般工况静力分析 55
3.3.2 悬挂侧断线制动过程运动分析 56
3.3.3 制动后静力分析 59
3.3.4 大轮补偿绳断线过程运动分析 60
3.4 一般运行工况有限元仿真 63
3.4.1 建立实体模型 63
3.4.2 静力结构仿真 64
3.4.3 模态分析 73
3.5 悬挂侧断线制动过程有限元仿真 78
3.5.1 建立有限元模型 79
3.5.2 接触设置及网格控制 79
3.5.3 分析设置及边界条件 81
3.5.4 后处理 81
3.5.5 数据分析 89
3.6 大轮补偿绳断线过程有限元仿真 91
3.6.1 前处理 92
3.6.2 后处理 93
3.7 制动后静力学有限元仿真 0
3.7.1 前处理 100
3.7.2 后处理 101
小结 108
第4章 接触网支持与定位装置的力学特性仿真 110
4.1 接触网支持与定位装置的结构特性 110
4.1.1 接触网支持与定位装置概述 110
4.1.2 接触网支持装置的结构特性 111
4.1.3 接触网定位装置的结构特性 113
4.1.4 接触网支持与定位装置结构特性对接触网性能的影响 115
4.2 接触网支持与定位装置的力学分析及理论计算 116
4.2.1 腕臂的力学分析及理论计算 116
4.2.2 定位装置的力学分析及理论计算 118
4.3 腕臂的有限元分析方法 119
4.3.1 腕臂的静力学有限元分析 119
4.3.2 腕臂的动力学有限元分析 122
4.4 定位装置的有限元分析方法 126
4.4.1 有限元分析在定位装置研究中的意义 126
4.4.2 定位装置有限元模型的构建 127
4.4.3 定位装置有限元分析的边界条件与载荷施加 128
小结 130
第5章 接触网悬挂的力学特性仿真 131
第6章 弓网动态相互作用力学仿真 158
参考文献 179
前言/序言
自1961年我国首条电气化铁路——宝成铁路宝凤段正式投运以来，我国电气化铁路历经60余年的技术革新，实现了从初步探索到体系化成熟的跨越式发展。“十三五”期间，我国高速铁路运营里程突破3.8万km，实现“市市通高铁”的成网目标；城际铁路建设里程较“十二五”末增长120%，初步形成京津冀、长三角等城市群轨道骨架。“十四五”规划进一步聚焦“八纵八横”高铁主通道加密、普速铁路电气化改造及智慧轨道枢纽建设，预计新增铁路里程1.8万km。截至2024年末，我国铁路运营总里程突破16.2万km，其中高铁里程达4.8万km，占全球高铁总里程的70%以上。2019年，中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》指出，至2035年全国铁路网将达到20万km左右，其中高铁7万km左右，全国1、2、3h高铁出行圈和全国1、2、3d快货物流圈将全面形成。
接触网作为电气化铁路牵引供电系统的核心组成部分，通过架空接触线与受电弓的滑动接触，实现25kV工频单相交流电向电力机车、动车组的持续输送。接触网的可靠性直接决定铁路运输效率与安全性，其结构稳定性直接影响列车受电质量。从经济和技术上来讲，接触网难以在工程实践中提供可随时切换的备用设施，且各项性能指标也无法设计得太富余。要确保接触网系统达到预期使用寿命，需要从精准设计、精心安装、精心维护3个方面着手。
有限元方法是一种用于求解各类工程问题的数值计算方法。现代有限元理论体系萌芽于20世纪40年代的结构矩阵分析，1960年Clough首次提出“有限元”术语，标志着有限元方法的正式确立。近50年来，随着计算机算力的指数级增长，ANSYS（1970）、ABAQUS（1978）、COMSOL（1986）等商业软件相继问世，推动有限元技术从航空航天领域向轨道交通等民用行业渗透。
有限元方法的核心思想是将连续物理系统离散化为有限数量的小单元，通过建立每个单元的近似数学模型，最终组合成整个系统的方程组进行求解，这也就意味着单元数量、计算步数、材料属性、边界条件简化等均会影响计算结果的精度，决定仿真结论是否科学有效。
在接触网系统领域，大量学者将有限元方法运用在课题研究中，也有很多装备制造厂家将有限元仿真运用在产品设计中。而接触网是可靠性要求极高的系统，相关有限元仿真结论的有效性、仿真设置标准性等问题越来越受到关注。
以上问题促使本书作者编写一部针对接触网系统各技术部件的涵盖绝大多数有限元仿真情景的专业书籍，一方面帮助轨道交通专业学生、电气化铁路设计人员、工程检修技术人员及对此感兴趣的其他人员获取接触网系统有限元仿真分析相关知识，另一方面也可以促进我国接触网系统技术水平提升。
全书从接触网的结构特性出发，详细介绍了有限元方法在接触网系统中的应用，包括棘轮补偿装置、腕臂及定位装置、接触网悬挂系统等关键部件的力学特性仿真分析，以及弓网动态相互作用力学仿真分析。通过理论计算与ANSYS软件仿真相结合，深入探究了接触网在不同工况下的应力分布、变形特性及动态行为规律。
全书共6章，第1章由郑学贤编写，第4章由詹冬桂编写，第5章由曹志华编写，第6章由石邦羽编写，其余章节由上官剑编写。全书由上官剑统稿。
本书在编写过程中得到了湖南高速铁路职业技术学院、中国铁路广州局集团有限公司等单位及相关专业人士的友好协助，在此对上述单位及个人表示诚挚感谢！
限于水平，本书不足及疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。
作者
2025年3月
