[发明专利]一种基于有限元的靴轨系统动力学建模及仿真方法

权利要求书

1.一种基于有限元的靴轨系统动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立集电靴动力学方程，通过小角近似算法处理，将集电靴的非线性模型转化为单质量块线性模型；

步骤2：基于有限元方法建立钢铝复合接触轨动力学模型，根据钢铝复合接触轨动力学模型得到接触轨支撑结构的质量块等效模型；

钢铝复合接触轨动力学模型，如下：

式中：M_C为接触轨质量矩阵，C_C为接触轨阻尼矩阵，K_C为接触轨刚度矩阵，为接触轨的加速度，为接触轨的速度，X_C(t)为接触轨的位移，F_C(x,t)为集电靴对接触轨的激励；

接触轨支撑结构的质量块等效模型的等效刚度k_eq和等效质量m_eq分别为：

式中：k_j为绝缘支架等效刚度，k_d为支架底座等效刚度，m_j为绝缘支架等效质量，m_d为支架底座等效质量；

其中绝缘支架等效刚度为：

式中：L₂为绝缘支架BC的长度，L₃为绝缘支架AB的长度，E₂为绝缘支架BC的弹性模量，E₃为绝缘支架AB的弹性模量，I₂为绝缘支架BC的截面惯性矩，I₃为绝缘支架AB的截面惯性矩，A₂为绝缘支架BC的截面面积；

绝缘支架等效质量为：

式中：ρ₂为绝缘支架BC密度，ρ₃为绝缘支架AB密度，k₂、k₃分别为E₂I₂、E₃I₃，A₂为绝缘支架BC的截面面积，A₃为绝缘支架AB的截面面积；

支架底座的等效刚度为：

式中：F为作用在横梁自由端的力，δ为梁自由段的位移，l为悬臂梁的长度，EI为悬臂梁抗弯刚度；

支架的等效质量为：

式中：ρ为悬臂梁的单位长度质量，l为悬臂梁的长度；

步骤3：根据罚函数接触模型，考虑运动载荷的边界条件，建立靴轨耦合动力学模型。

2.采用如权利要求1所述一种基于有限元的靴轨系统动力学建模方法，其特征在于，在ANSYS软件中建立靴轨耦合模型，并进行仿真；得到不同参数对靴轨接触力的影响。