基于绝对节点坐标法的架空线断线工况动力学计算

为了计算架空线断线工况下的动力学变化特性,考虑架空线的绞制几何结构及其初始构型的布置特点,以绝对节点坐标法为基础,建立了架空线单元,推导了架空线单元的质量矩阵和弹性力矩阵,给出了架空线的系统动力学方程。针对钢芯铝绞线的绞制几何结构,给出了其对应的轴向、弯曲刚度计算公式。通过仿真计算得到线缆的运动图像,设计试验验证了算法模型的可靠性。结合实际架空线初始位形和初始应力特点,对不同初始应力下的架空线断线工况动力学问题进行仿真分析,绘制了悬挂点处的受力时程曲线并对曲线进行了频谱分析,研究了初始应力对断裂架空线运动过程以及悬挂点受力的影响规律。

搅拌摩擦焊在轨道交通领域的应用现状与发展前景

从搅拌头几何特征对焊接过程的影响、动车组车体部件的搅拌摩擦焊与钢轨的搅拌摩擦焊3方面总结了搅拌摩擦焊技术在轨道交通领域的应用现状与发展前景。在搅拌摩擦焊过程中,搅拌头几何特征会影响焊接产热与材料流动,进而影响接头性能。因此,应合理设计搅拌头的轴肩形状与尺寸、搅拌针形状与尺寸及搅拌针螺纹。目前,动车组车体部件主要材质为铝合金,其搅拌摩擦焊工艺已较成熟。随着交通运载装备制造领域对轻量化的需求进一步增大,部分车体部件中开始采用镁合金,其搅拌摩擦焊是未来的研究方向。其中,铝-镁异质合金中对于IMCs的调控是研究重点。在钢轨搅拌摩擦焊方面,采用低转速与低焊接速度的方式,可以抑制马氏体组织形成,满足中国铁道行业标准的要求。在此基础上提升焊接效率,是未来研究的关键。

用钢铝复合轨的形式解决刚性接触网异常磨耗

城市轨道交通目前多采用刚性架空接触网供电方式为电客车提供电能动力。刚性接触网运营成本低,可靠性高,维修简单,事故状态失效破坏范围小,但是刚性接触网磨损比较快,弓网磨耗严重将会大大减损接触网使用寿命,增加运营成本。以天津地铁6号线为例,提出用架空的钢铝复合轨代替刚性接触网的方式来改善接触网磨耗情况,促进弓网良好匹配,提高设备质量,保证设备安全。

城市轨道交通供电系统钢铝复合轨耐磨性试验方案研究

在介绍城市轨道交通供电系统钢铝复合轨耐磨性试验的要求和原方案基础上,依据CJ/T 414—2012《城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求》,结合受流器受流过程和钢铝复合轨磨耗情况,提出钢铝复合轨耐磨性试验新方案,并与钢铝复合轨耐磨性试验原方案进行对比分析,开展验证试验。试验结果表明:与钢铝复合轨耐磨性试验原方案相比,新方案试验条件、磨耗比计算模型与实际应用更接近,采用直接测量方法测量钢铝复合轨耐磨性试验前后高度,计算得到的磨耗比结果更加准确可靠。

工业污染区架空导线腐蚀状态评价及机理研究

通过工业污染区架空线路导线的外观形貌观察、腐蚀坑深度测量、抗拉强度、伸长率、扭转次数及电阻率等理化及电气试验,以及与同型号新导线检测结果的数值比对,探究导线腐蚀对其力学、导电及防腐性能的影响,另外,通过铝线及镀锌钢线的断口分析、腐蚀物成分、镀锌钢线的镀层厚度观测,研究工业污染环境下钢芯铝绞线的腐蚀机理及控制措施,提出了新的镀锌钢线锌层厚度检测评估方法,为架空输电线路腐蚀状态评价及运维检修策略提供技术依据。

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。

地铁钢铝复合式第三轨/受电靴载流摩擦磨损特性研究

通过对销-盘摩擦磨损试验机的夹具和控制部分进行改进,研制出载流摩擦磨损试验装置,并采用该装置研究了地铁钢铝复合式第三轨与受电靴摩擦副之间的载流摩擦磨损特性,采用激光三维共焦扫描显微镜和电子能谱仪等微观手段,结合电接触理论分析了摩擦副的载流摩擦磨损机制.结果表明:存在1个法向压应力阈值,当试验的法向压应力大于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而增大,此时电流增加了机械磨损;而当法向压应力小于此阈值时,摩擦系数随着电流的增加而减小,此时电弧烧蚀材料损失量较机械磨损大;钢铝复合式第三轨的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;钢铝复合式第三轨授流时,在一定的列车运行速度下法向压应力阈值是最佳的工作压应力,既能保证顺利授流,又使得摩擦副材料的磨损量较小,确保行车安全,降低维护频率,节约地铁运行成本.

钢芯铝绞架空导线微动疲劳断口形貌

在自制的微动疲劳试验装置上进行钢芯铝绞导线(ACSR)的微动疲劳试验,采用扫描电子显微镜观察分析内、外层铝股线断口特征,研究其微动疲劳断裂机制。结果表明:铝股线的断股大多发生于导线与线夹的最后接触点处。微动振幅为1.0 mm时,在较低循环周次下(1.6×107),铝股线只发生正断;随着循环次数增加,铝股线断股数量增加,且发生45°及"V"形断裂。铝股线疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区、瞬断区构成,呈现弯曲疲劳和扭转疲劳两种不同的断裂方式。

重轨钢无铝脱氧工艺的研究

钢中铝夹杂对重轨钢性能有较大影响,其中铝脱氧钢中Al2O3夹杂是钢轨产生疲劳断裂的主要原因,减少重轨钢中Al2O3夹杂是很有必要的。因此,重轨钢的冶炼采用无铝脱氧工艺。针对重轨钢无铝脱氧的特点,对冶炼过程钢中铝含量控制、钢包炉扩散脱氧工艺、真空碳脱氧工艺和钙处理夹杂物控制进行研究。并把该技术应用到实际生产。结果表明,采用无铝脱氧工艺,通过控制炉渣组成、RH碳脱氧技术及钙处理工艺可把钢中w([O])降到20×10-6以下,满足洁净重轨钢的要求。

钢铝复合导电轨制造技术的探讨

钢铝复合导电轨具有导电性好、耐磨损、重量轻、寿命长等优点。介绍钢铝复合导电轨在三轨系统中的作用、工作原理、结构和常用材料。世界上钢铝复合导电轨制造技术,可归纳为机械结合、机械/冶金结合、冶金结合三大类。分析上述制造技术的结合性质、结合原理及结合特点,提出一种具有发展潜力的复合导电轨的制造技术———铝合金半固态浆料与钢复合成形技术。

钢铝混合汽车前纵梁的耐撞性优化方法比较

为了解决汽车前纵梁碰撞时峰值碰撞力和吸能量之间的矛盾,通过对前纵梁前端使用铝合金、后端使用高强度钢板,提出了一种钢铝混合前纵梁结构.以纵梁两端所用材料类型及厚度为组合变量,建立了该结构轻量化和耐撞性多目标优化问题的数学模型,并对多项式、Kriging和径向基函数(RBF)3种常用近似模型解决该特定问题的适用性进行了研究.结果表明,RBF更适合作为近似模型解决材料类型和板厚的组合优化问题,且优化后的前纵梁结构能在改善耐撞性的同时,显著提高轻量化水平.

220kV钢芯铝绞线断股事故化学分析

针对220kV钢芯铝绞线断股事故,进行了铝绞线腐蚀产物的成分分析,分析了引起腐蚀的原因,指出应重视化学监督在电网中的作用。

钢芯铝绞线绞线间接触与磨损分析

根据架空输电导线的受力特点,建立了钢芯铝绞线局部接触模型。利用有限元分析了不同张力下铝绞线间的接触应力,从微观形貌分析了导线表面的黏着区与滑移区的分布特点,并通过两者的对比,获得了导线层间线股的磨损机制。结果表明,黏着区主要位于接触应力较大的接触区域中部,滑移区分布于接触应力较小的接触区域边缘。在黏着区,导线表层铝组织在高接触压力作用下破裂、塌陷,而滑移区的表层铝组织呈片状滑移、剥落。

碳纤维复合芯导线与钢芯铝绞线的起晕特性对比试验

为研究碳纤维复合芯导线(ACCC)的起晕特性,基于小电晕笼电晕测量系统进行了ACCC-600/71单根导线和LGJ-630/45钢芯铝绞线单根导线起始电晕特性的对比试验。试验结果表明:在干净及人工涂污下,ACCC-600/71导线的起晕电压均要高出LGJ-630/45导线起晕电压,说明ACCC-600/71导线确实能够降低线路损耗,在节能、环保方面具有良好运行性能;表面污秽会降低导线表面粗糙度系数,从而大幅度降低起晕电压,且污秽物颗粒度越大影响程度越高。

碳纤维复合芯导线的特性及应用

阐述了碳纤维复合芯(ACCC)导线的结构和材料特点,比较了直径相近的ACCC导线与传统钢芯铝绞(ACSR)导线的主要材料性能,绘制了两种导线的应力弧垂曲线,将两类导线在最高气温下的弧垂和应力进行了对比。结果表明,ACCC导线的截面积、最高工作温度、载流量均高于ACSR导线,而弧垂明显小于ACSR导线,在实际工程中ACCC导线弧垂小的优势可明显降低铁塔的高度,进而可减少线路的造价。

强热烈焰下典型高压输电线路状态受损及机理分析

利用电炉和酒精喷灯分别模拟易诱发输电线路跳闸的地表火和树冠火对应的高温辐射和高强火焰效应,利用高精度电子天平、拉力试验机和扫描电镜测试模拟火源中35 kV电压等级LGJ--120/20型钢芯铝绞线（ACSR）质量、力学性能和表面形貌等的受损行为,探讨模拟热环境映射实际山火条件下高压输电线路的可能跳闸机理.结果表明,在电炉模拟高温辐射作用下.钢芯铝绞线出现轻微质量受损（0.012％～0.073％）,外层铝线表面形成氧化铝白色无定形粉末区域,铝线电阻增加,产生局部过热现象造成电缆故障;在酒精喷灯模拟高强火焰下,钢芯铝绞线外层铝线表面出现气孔甚至缝隙并形成一定弧度,导线力学性能明显受损（拉伸和拉断后长度分别减少83.4％和增加17.3％）,内层铝线和镀锌层也遭到破坏,电学性能受损;类似实际地表火和树冠火条件下热烟气流和高温火焰可使导线质量、表面形貌、微观结构和力学性能发生破坏性变化,更易促使表面电离和热游离,与地面或树冠可燃物燃烧释放的大量带电质点形成地面 输电线路端口内多个不同强度非均匀电荷区,导线与地面或树木正常安全距离无法保持,区间内电荷量不断积累,电子崩逐渐建立,最终形成流注通道产生放电.诱发跳闸.

基于流固耦合的碳纤维复合芯导线微风振动特性数值分析

对发生微风振动的新型碳纤维复合芯导线和与其截面积相近的传统钢芯铝绞线的动态特性进行了对比研究。基于计算流体动力学(CFD)方法,利用Adina软件分别建立了两种导线微风振动流固耦合CFD仿真模型。获得不同截面导线竖向振幅比随约化速度变化曲线,对比其升阻力特性。通过对流场中做强迫振动的导线进行数值模拟,利用导线气动力载荷响应求得导线风能输入功率,从风能输入角度分析不同截面形状导线微风振动特性的差异。研究所得两种不同截面形状导线气动力特性的差异,可为新型导线在工程领域的应用提供参考。

在役输电线路钢芯铝绞线腐蚀状态评估与分析

为研究在役钢芯铝绞线(ACSR)的腐蚀状态,对典型气候下其各组成部分的腐蚀情况进行了宏观和微观研究,并结合其运行环境,分析了腐蚀原因。结果表明,腐蚀较为严重的是外层铝绞线,局部已出现腐蚀坑,钢芯基体未发生明显腐蚀;腐蚀产物可以降低铝绞线的腐蚀速率,但其对钢芯的腐蚀速率有提高作用。建议应更加注重外层铝绞线的腐蚀监测工作。

高速铁路关键材料超长寿命疲劳断裂性能

利用压电超声频率加速疲劳实验方法对钢轨钢、轴承钢及铝合金共7种高速铁路用材料进行测试。实验证明了超长寿命疲劳裂纹往往从材料内部夹杂生产的机制;而且,试件在超过107次、甚至109次应力循环后仍然继续发生破坏。由此可见,这些高速铁路材料并没有传统规范中所谓的疲劳极限,而只有疲劳强度。因此,只用107次循环以内的数据作为高速铁路材料疲劳设计的依据是危险的。

考虑流固耦合效应的碳纤维复合芯导线风振响应分析

采用流固耦合理论计算输电导线的风振响应,既考虑风作用在导线上的荷载,也考虑导线形变引起表面风压改变及其对流场的影响.通过建立传统钢芯铝绞导线(ACSR)和碳纤维复合芯导线(ACCC)数值风洞模型,将两种导线在考虑流固耦合作用下的风振响应进行了对比分析.研究表明,相同档距和截面面积基本相同的情况下,碳纤维复合芯导线风振响应小于传统钢芯铝绞导线,并且相对不容易出现尾流失稳的现象.研究成果可为新型ACCC输电线路抗风设计提供有价值的参考,考虑流固耦合效应更接近导线在风场中运动的实际情况.