弓网耦合动力学模型的建模方法及相关设备与流程

本发明涉及列车的动力学仿真，尤其涉及一种弓网耦合动力学模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、接触网作为大跨度柔索系统，属于低频柔性小阻尼结构，对激扰非常敏感。列车在运行过程中，尤其在横风运行、通过隧道、列车交会等典型运行环境下，弓网相互作用十分剧烈。而为了保证列车的行车安全和稳定运行，需要开展高精度和高效率的数值仿真研究。

2、而在对弓网进行研究时，可以将弓网分开单独研究，也可以进行耦合研究。在进行弓网耦合研究时，通常对弓网模型进行简化处理，如受电弓采用三质量块模型、接触网采用二维有限元模型。但是在建立接触网模型时，通常需要先进行张力作用下的初始状态找形，才能完成接触网模型的建立，使得过程较为繁琐。并且三质量块的受电弓模型为简化模型，弓网相互作用剧烈时不能准确反映受电弓的特性。

技术实现思路

1、本发明提供一种弓网耦合动力学模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中弓网耦合动力学模型构建过程繁琐和模型过于简化的问题。

2、本发明提供一种弓网耦合动力学模型的构建方法，包括：

3、根据柔性化文件，构建接触线模型和承力索模型；

4、在所述接触线模型和所述承力索模型上确定吊弦点，并在所述吊弦点处建立所述接触线模型与所述承力索模型之间的吊弦力元；

5、在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述力元的预施加载荷；

6、根据所述接触线模型、所述承力索模型、所述预施加载荷和所述吊弦力元，构建得到柔性动力学模型；

7、加载刚性动力学模型，并将所述刚性动力学模型和所述柔性动力学模型进行耦合，得到弓网耦合动力学模型。

8、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述在所述接触线模型上确定吊弦点，并在所述吊弦点处建立所述接触线与所述承力索之间的吊弦力元，包括：

9、在所述接触线模型上确定跨的跨起点和跨终点，并根据所述跨起点和所述跨终点得到建模区间，其中所述建模区间基于相邻的所述跨起点和跨终点得到；

10、在所述建模区间确定吊弦起点，并根据所述吊弦起点在所述承力索模型上确定吊弦终点；

11、根据所述吊弦起点和所述吊弦终点，建立所述接触线与所述承力索之间的吊弦力元。

12、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述力元的预施加载荷之前，还包括：

13、获取所述接触线模型对应的柔性化文件中的初始应变，在所述接触线模型两端施加约束，跨与跨之间连接处施加约束，并施加重力加速度和所述初始应变。

14、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述力元的预施加载荷，包括：

15、在所述接触线模型的所述吊弦点处，施加竖直方向的约束；

16、根据所述约束和所述初始应变，确定对所述接触线模型在所述吊弦点处的作用力，并将所述作用力作为在所述吊弦点对所述力元的预施加载荷。

17、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述根据所述接触线模型、所述承力索模型、所述预施加载荷和所述吊弦力元，构建得到柔性动力学模型，包括：

18、接收输入的所述吊弦力元的力元信息；

19、根据所述接触线模型、所述承力索模型、所述预施加载荷和所述力元信息，得到所述建模区间所对应的接触网动力学模型；

20、根据所述接触网动力学模型，对所述接触线模型和所述承力索模型组成的接触网进行区域覆盖，得到柔性动力学模型。

21、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述加载刚性动力学模型，并将所述刚性动力学模型和所述柔性动力学模型进行耦合得到弓网耦合动力学模型，包括：

22、接收输入的受电弓参数，并根据所述受电弓参数得到刚性动力学模型；

23、将所述刚性动力学模型和所述柔性动力学模型进行耦合，得到弓网耦合动力学模型。

24、根据本发明提供的一种弓网耦合动力学模型的构建方法，所述方法包括：

25、接收输入的接触线和承力索的材料数据，并根据所述材料数据生成得到所述接触线和所述承力索分别对应的柔性化文件，其中所述材料数据至少包括材料性能、三维梁单元类型、横截面及特征信息。

26、本发明还提供一种弓网耦合动力学模型的构建装置，包括：

27、文件获取模块，用于根据柔性化文件，构建得到接触线模型和承力索模型；

28、力元建立模块，用于在所述接触线模型和所述承力索模型上确定吊弦点，并在所述吊弦点处建立所述接触线模型与所述承力索模型之间的吊弦力元；

29、约束设置模块，用于在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述吊弦力元的预施加载荷；

30、模型构建模块，用于根据所述接触线模型、所述承力索模型、所述预施加载荷和所述吊弦力元，构建得到柔性动力学模型；

31、模型耦合模块，用于加载刚性动力学模型，并将所述刚性动力学模型和所述柔性动力学模型进行耦合，得到弓网耦合动力学模型。

32、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述弓网耦合动力学模型的构建方法。

33、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述弓网耦合动力学模型的构建方法。

34、本发明提供的弓网耦合动力学模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质，在进行弓网耦合动力学模型的构建时，首先进行柔性动力学模型的构建，包括根据柔性化文件构建得到接触线模型和承力索模型，然后根据在接触线模型和承力索模型上确定的吊弦点建立吊弦力元，并且通过施加相关的力元设置，进而得到由接触线和承力索构成的接触网的柔性动力学模型，最后加载相关的刚性动力学模型，并进行模型的耦合处理，得到弓网耦合动力学模型。实现了通过快速在柔性化的接触线和承力索的对应位置建立力元，并通过预加载操作，完成接触网自动找形，并且通过带有张力的柔性接触网、三维实体铰接受电弓、弓网耦合使得模型构建更加准确和真实。

技术特征：

1.一种弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述在所述接触线模型上确定吊弦点，并在所述吊弦点处建立所述接触线与所述承力索之间的吊弦力元，包括：

3.根据权利要求2所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述力元的预施加载荷之前，还包括：

4.根据权利要求3所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述在所述吊弦点处施加约束，得到所述接触线模型对所述吊弦力元的预施加载荷，包括：

5.根据权利要求2所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述接触线模型、所述承力索模型、所述预施加载荷和所述吊弦力元，构建得到柔性动力学模型，包括：

6.根据权利要求2所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述加载刚性动力学模型，并将所述刚性动力学模型和所述柔性动力学模型进行耦合，得到弓网耦合动力学模型，包括：

7.根据权利要求1所述的弓网耦合动力学模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

8.一种弓网耦合动力学模型的构建装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的弓网耦合动力学模型的构建方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的弓网耦合动力学模型的构建方法。

技术总结
本发明提供一种弓网耦合动力学模型的构建方法及相关设备，其中方法包括：根据柔性化文件，构建接触线模型和承力索模型；在接触线模型和承力索模型上确定吊弦点，并在吊弦点处建立接触线模型与承力索模型之间的吊弦力元；在吊弦点处施加约束，得到接触线模型对吊弦力元的预施加载荷；根据接触线模型、承力索模型、预施加载荷和吊弦力元，构建得到柔性动力学模型；加载刚性动力学模型，并将刚性动力学模型和柔性动力学模型进行耦合，得到弓网耦合动力学模型。实现通过在柔性化的接触线和承力索的对应位置建立吊弦力元，通过预加载操作完成接触网自动找形，并且通过带有张力的柔性接触网、三维实体铰接受电弓、弓网耦合使模型构建更加准确和真实。

技术研发人员：刘雯,梁瑜,李徽,齐洪峰
受保护的技术使用者：中车工业研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14