CN114117709B - 一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，包括以下步骤：S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置确定连接节点的数量和位置；S3：所述悬挂节点与连接节点之间、连接节点与连接节点之间通过受载微分单元连接，形成多个闭环，构建成接触网拓扑结构。本发明适应范围从单接触线单承力索链型悬挂拓展到单接触线简单悬挂、双承力索双接触线链型悬挂、复链型悬挂等复杂多变结构，降低现场人员工作量，极大减少错误发生率，计算应用耗时明显减少；同时对接触网混合形式悬挂的工况适配性更加优良，在更加贴近实际的拓扑结构中，预配计算更加精准。

Description

一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法

技术领域

本发明属于轨道交通接触网有限元计算应用领域，特别涉及一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法。

背景技术

基于在利用有限元单元法进行接触网计算越来越深入的研究，轨道交通领域的施工和运维强度逐步降低，效率逐步提升，目前接触网领域计算的应用方法已经开始从商用软件的二次开发向自主构建有限元计算应用方向转变，因此，对有限元单元法工程化应用提出了更为细致和系统性的要求。

有限元单元法应用的核心除了微分单元类型构建外，还有实际工程模型的数字化构建，在《整锚段接触网吊弦长度的三维计算》一文中已有相应的单承力索单接触线的链型模型搭建应用研究，但在地铁、市域轨道、轻轨交通系统和 GB/T 32591-2016 《轨道交通受流系统 受电弓与接触网动态相互作用仿真的验证》中，实际线路中的接触网组成丰富多变，原有的单接触线单承力索无法满足现有计算应用需求，缺乏有效的系统化拓扑结构构建方法。

发明内容

本发明针对现有技术应用的提升和系统性拓展，利用总线拓扑技术应用的方式与接触网系统沿线路分布特征，提供一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，适应范围从单接触线单承力索链型悬挂拓展到单接触线简单悬挂、双承力索双接触线链型悬挂、复链型悬挂等复杂多变结构，降低现场人员工作量，极大减少错误发生率，计算应用耗时明显减少；同时对接触网混合形式悬挂的工况适配性更加优良，在更加贴近实际的拓扑结构中，预配计算更加精准。

本发明采用的技术方案是：一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，包括以下步骤：

S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；悬挂节点的种类分为三种，包括接触线悬挂节点、承力索悬挂节点和吊索悬挂节点；

S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置确定连接节点的数量和位置；

S3：所述悬挂节点与连接节点之间、连接节点与连接节点之间通过受载微分单元连接，形成多个闭环，构建成接触网拓扑结构。

进一步的，简单悬挂的接触网拓扑结构中：所述悬挂节点包括接触线悬挂节点和吊索悬挂节点，所述连接节点包括接触线-吊索连接节点，所述受载微分单元包括接触线受载微分单元和吊索受载微分单元；接触线悬挂节点、接触线-吊索连接节点将接触线划分为多个接触线受载微分单元，接触线-吊索连接节点与吊索悬挂节点间通过吊索受载微分单元连接。

进一步的，链型悬挂的接触网拓扑结构中：所述悬挂节点包括接触线悬挂节点和承力索悬挂节点，所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点、吊弦-承力索连接节点、吊弦-吊索连接节点和吊索-承力索连接节点，所述受载微分单元包括接触线受载微分单元、承力索受载微分单元、吊索受载微分单元和吊弦受载微分单元；接触线悬挂节点、接触线-吊弦连接节点将接触线划分为多个接触线受载微分单元，承力索悬挂节点、吊弦-承力索连接节点、吊索-承力索连接节点将承力索划分为多个承力索受载微分单元，吊弦-吊索连接节点、吊索-承力索连接节点将吊索划分为多个吊索受载微分单元，接触线-吊弦连接节点与吊弦-承力索连接节点之间、接触线-吊弦连接节点与吊弦-吊索连接节点之间通过吊弦受载微分单元连接。

进一步的，日式复链型悬挂的接触网拓扑结构中：所述悬挂节点包括接触线悬挂节点、承力索悬挂节点和吊索悬挂节点，所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点、吊弦-吊索连接节点、吊索-吊弦连接节点、吊弦-承力索连接节点，所述受载微分单元包括接触线受载微分单元、承力索受载微分单元、吊索受载微分单元和吊弦受载微分单元；接触线悬挂节点、接触线-吊弦连接节点将接触线划分为多个接触线受载微分单元，吊索悬挂节点、吊弦-吊索连接节点、吊索-吊弦连接节点将吊索划分为多个吊索受载微分单元，承力索悬挂节点、吊弦-承力索连接节点将承力索划分为多个承力索受载微分单元，接触线-吊弦连接节点与吊弦-吊索连接节点之间、吊索-吊弦连接节点与吊弦-承力索连接节点之间通过吊弦受载微分单元连接。

进一步的，适配接触网拓扑结构的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历悬挂节点、连接节点和受载微分单元形成的闭环。

工作原理：利用连接节点、受载微分单元和悬挂节点形成多个闭环，构建接触网有限元拓扑结构。适配接触网拓扑结构计算的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历连接节点、受载微分单元和悬挂节点形成的闭环。使得后续计算时，由连接节点和悬挂节点组成刚度矩阵方程无视受载微分单元连接次数，因此由悬挂节点开始和收尾的总线型拓扑结构可以容纳不同数量和类型的接触线、承力索、吊索和吊索的线材组合，与现有轨道交通系统采用的悬挂组成相匹配。C型遍历原则可适用于接触网的简单悬挂、链型悬挂和日式复链型悬挂。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明在长大线路区间应用中，拓扑结构顺次叠加，方法简便，计算应用效率高；

2.本发明可实现混合工况的计算应用，应用范围广，与实际复杂工况相匹配；

3.本发明可实现多种工况的统一预配计算应用，极大减少错误发生率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例1的简单悬挂的接触网拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例2的链型悬挂的接触网拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例3的日式复链型悬挂的接触网拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

实施例1

本发明的实施例提供了一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，针对简单悬挂的接触网构建拓扑结构，如图1和图2所示，其包括以下步骤：

S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；上述数据依据工程实际情况。简单悬挂的接触网，悬挂节点包括接触线悬挂节点Gc和吊索悬挂节点Gb。

S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置确定连接节点的数量和位置。连接节点的数量和位置根据同种类悬挂节点的间距，从设计手册中可以查到。所述连接节点包括接触线-吊索连接节点Jcb，接触线-吊索连接节点Jcb设置在接触线上。

S3：接触线悬挂节点Gc、接触线-吊索连接节点Jcb将接触线划分为多个接触线受载微分单元Kc，接触线-吊索连接节点Jcb与吊索悬挂节点Gb间通过吊索受载微分单元Kb连接，构建成接触网拓扑结构。图2中画出了两个由接触线悬挂节点Gc、吊索悬挂节点Gb、接触线-吊索连接节点Jcb、吊索受载微分单元Kb和接触线受载微分单元Kc形成的闭环。

适配接触网拓扑结构的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历悬挂节点、连接节点和受载微分单元形成的闭环。

实施例2

本发明的实施例提供了一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，针对链型悬挂的接触网构建拓扑结构，如图1和图3所示，其包括以下步骤：

S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；上述数据依据工程实际情况。链型悬挂的接触网，所述悬挂节点包括接触线悬挂节点Gc和承力索悬挂节点Gm。

S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置以及设计手册，从下到上一层层确定连接节点的数量和位置，即先确定接触线上的连接节点的数量和位置，再确定承力索上的连接节点的数量和位置。

所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点Jcd、吊弦-承力索连接节点Jdm、吊弦-吊索连接节点Jdb和吊索-承力索连接节点Jbm。接触线-吊弦连接节点Jcd设置在接触线上，接触线悬挂节点Gc、接触线-吊弦连接节点Jcd将接触线划分为多个接触线受载微分单元Kc。吊弦-承力索连接节点Jdm、吊索-承力索连接节点Jbm设置在承力索上，承力索悬挂节点Gm、吊弦-承力索连接节点Jdm、吊索-承力索连接节点Jbm将承力索划分为多个承力索受载微分单元Km。吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-承力索连接节点Jbm将吊索划分为多个吊索受载微分单元Kb，

S3：接触线-吊弦连接节点Jcd与吊弦-承力索连接节点Jdm之间、接触线-吊弦连接节点Jcd与吊弦-吊索连接节点Jdb之间通过吊弦受载微分单元Kd连接。形成多个闭环，构建成接触网拓扑结构。

图3中画出了接触线-吊弦连接节点Jcd、吊弦-承力索连接节点Jdm、吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-承力索连接节点Jbm、接触线受载微分单元Kc、承力索受载微分单元Km、吊索受载微分单元Kb和吊弦受载微分单元Kd形成的闭环，承力索悬挂节点Gm、吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-承力索连接节点Jbm、承力索受载微分单元Km、吊索受载微分单元Kb形成的闭环，接触线-吊弦连接节点Jcd、吊弦-承力索连接节点Jdm、接触线受载微分单元Kc、承力索受载微分单元Km、吊弦受载微分单元Kd形成的闭环，等多个闭环。

适配接触网拓扑结构的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历悬挂节点、连接节点和受载微分单元形成的闭环。

实施例3

本发明的实施例提供了一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，针对日式复链型悬挂的接触网构建拓扑结构，如图1和图4所示，其包括以下步骤：

S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；上述数据依据工程实际情况。日式复链型悬挂的接触网，所述悬挂节点包括接触线悬挂节点Gc、承力索悬挂节点Gm和吊索悬挂节点Gb。

S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置以及设计手册，从下到上一层层确定连接节点的数量和位置；即先依次确定接触线、吊索和承力索上的连接节点的数量和位置。

所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点Jcd、吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-吊弦连接节点Jbd、吊弦-承力索连接节点Jdm。接触线悬挂节点Gc、接触线-吊弦连接节点Jcd将接触线划分为多个接触线受载微分单元Kc，吊索悬挂节点Gb、吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-吊弦连接节点Jbd将吊索划分为多个吊索受载微分单元Kb，承力索悬挂节点Gm、吊弦-承力索连接节点Jdm将承力索划分为多个承力索受载微分单元Km。

S3：接触线-吊弦连接节点Jcd与吊弦-吊索连接节点Jdb之间通过吊弦受载微分单元Kd连接，吊索-吊弦连接节点Jbd与吊弦-承力索连接节点Jdm之间通过吊弦受载微分单元Kd连接。形成多个闭环，构建成接触网拓扑结构。

图4中画出了吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-吊弦连接节点Jbd、吊弦-承力索连接节点Jdm、承力索受载微分单元Km、吊索受载微分单元Kb和吊弦受载微分单元Kd形成的闭环，接触线悬挂节点Gc、所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点Jcd、吊弦-吊索连接节点Jdb、吊索-吊弦连接节点Jbd、接触线受载微分单元Kc、吊索受载微分单元Kb和吊弦受载微分单元Kd形成的闭环，等多个闭环。

适配接触网拓扑结构的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历悬挂节点、连接节点和受载微分单元形成的闭环。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (2)

1.一种提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取悬挂节点的种类、数量和位置；

S2：根据悬挂节点的种类、数量和位置确定连接节点的数量和位置；

S3：所述悬挂节点与连接节点之间、连接节点与连接节点之间通过受载微分单元连接，形成多个闭环，构建成接触网拓扑结构；

链型悬挂的接触网拓扑结构中：所述悬挂节点包括接触线悬挂节点和承力索悬挂节点，所述连接节点包括接触线-吊弦连接节点、吊弦-承力索连接节点、吊弦-吊索连接节点和吊索-承力索连接节点，所述受载微分单元包括接触线受载微分单元、承力索受载微分单元、吊索受载微分单元和吊弦受载微分单元；接触线悬挂节点、接触线-吊弦连接节点将接触线划分为多个接触线受载微分单元，承力索悬挂节点、吊弦-承力索连接节点、吊索-承力索连接节点将承力索划分为多个承力索受载微分单元，吊弦-吊索连接节点、吊索-承力索连接节点将吊索划分为多个吊索受载微分单元，接触线-吊弦连接节点与吊弦-承力索连接节点之间、接触线-吊弦连接节点与吊弦-吊索连接节点之间通过吊弦受载微分单元连接。

2.如权利要求1所述的提升接触网计算应用效率的有限元拓扑结构构建方法，其特征在于：适配接触网拓扑结构的计算应用构建原则为逆时针或顺时针的C型无重复遍历规则，遍历截止条件为当前遍历悬挂节点、连接节点和受载微分单元形成的闭环。

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