[发明专利]基于ANSYS的地铁杂散电流泄露及分布特征模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于ANSYS的地铁杂散电流泄露及分布特征模拟方法，它包括：对钢轨及下方土壤进行三维建模；将建立的三维模型导入到ANSYS Workbench中进行模型的简化，并设置材料参数；分别选择土壤、道床、绝缘扣件和钢轨，并给赋予相应的材料，各部分之间的接触关系为默认；对简化后的模型进行网格划分，建立有限元计算模型；施加电流激励和电压边界条件求出计算解；对计算结果进行后处理分析，得出杂散电流泄漏点及在土壤中分布的分析结果；解决了现有技术通过构造电路模型来求取钢轨上杂散电流大小以及不同节点上的电位分布情况；但在对地铁隧道及附近土壤区域的电位的求解不方便及不准确等技术问题。

技术领域

本发明属于城市轨道交通领域，尤其涉及一种基于ANSYS的地铁杂散电流泄露及分布特征模拟方法。

技术背景

随着近年来轨道交通行业的发展，地铁的发展越来越受到重视与青睐。由于使用直流牵引系统供电的地铁隧道在运行中因轨地之间的绝缘性能的限制，地铁轨道上的电流在回流的过程中会有一部分电流流入大地从而形成杂散电流。杂散电流造成的危害十分的大，它不仅会对地铁隧道的结构以及隧道附近的金属材料管道等物质造成严重的腐蚀，还有可能对乘车人员的安全造成威胁。因此，对杂散电流进行相关的研究，了解其泄漏点、分布范围及造成影响的程度是十分有意义的。

现有技术对杂散电流进行的研究大多是通过构造电路模型来求取钢轨上杂散电流大小以及不同节点上的电位分布情况；这种方法虽然能精确的求解出不同情况时杂散电流的大小以及钢轨上的电位分布情况，但在对地铁隧道及附近土壤区域的电位的求解却不是很方便，尤其是在周围环境复杂的情况下结果不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于ANSYS的地铁杂散电流泄露及分布特征模拟方法，以解决现有技术通过构造电路模型来求取钢轨上杂散电流大小以及不同节点上的电位分布情况；但在对地铁隧道及附近土壤区域的电位的求解不方便及不准确等技术问题。

本发明技术方案：

一种基于ANSYS的地铁杂散电流泄露及分布特征模拟方法，它包括：

步骤1、通过三维建模软件CATIA对钢轨及下方土壤进行三维建模，建立的三维模型称为轨地模型，并保存为.stp格式文件；

步骤2、将建立的三维模型导入到ANSYS Workbench中进行模型的简化，并设置材料参数；

步骤3、分别选择土壤、道床、绝缘扣件和钢轨，并给赋予相应的材料，各部分之间的接触关系为默认；

步骤4、对简化后的模型进行网格划分，建立有限元计算模型；

步骤5、施加电流激励和电压边界条件求出计算解；

步骤6、对计算结果进行后处理分析，得出杂散电流泄漏点及在土壤中分布的分析结果。

步骤2中进行模型的简化时，钢轨截面由马蹄形转变为标准的工字形。

步骤2中进行模型的简化时，绝缘扣件的附件删除只保留绝缘板。

步骤3中，先在材料库中找到相应的材料钢轨、绝缘板、道床和土壤；并分别定义材料的电阻率，电阻率根据实物的电阻率进行设置，钢轨设置为10-7Ω.m,绝缘板为1012Ω.m，道床为500Ω.m，土壤为150Ω.m；接着给各部件赋予相应的材料。

选择材料时，钢轨为结构钢，绝缘板为硬橡胶，道床为混凝土，土壤为土。

步骤4所述对简化后的模型进行网格划分时，对模型各部分采取不同大小的网格进行划分，土壤部分采用0.5 m的网格，道床及绝缘板采取0.1 m的网格，钢轨采用0.05m的网格进行划分。