01 案例介绍

弓网系统也称受电弓/接触网系统，它由受电弓、接触网以及两者之间的接触力学和运动关系构成，是高铁列车上的供电受流系统。受电弓与接触网之间的接触行为和受力情况是进一步研究评价弓网可靠性的基础。

当弓网之间的接触力过大时，弓网之间会有较大的摩擦力，导致线缆迅速磨损；而当两者之间接触力过小时，受电弓和接触网可能会出现分离现象，接触线上的高压电会击穿空气，在受电弓和接触网之间出现电弧，损伤其他电气元件，进一步造成不必要的损失。

弓网动力学仿真的难点在于接触网上使用的架空线缆拉伸模量远大于压缩模量。并且在预紧力和重力作用下，线缆会出现大变形现象。

这样的力学行为明显是非线性的，需要专门的模型进行描述。并且接触网和受电弓之间存在接触情况，需要合适的接触设置以及非线性动力学求解器进行求解。

本案例将使用通用结构仿真软件中集成CABLE线缆模型、接触算法以及非线性动力学求解器，进行弓网系统的动力学仿真。

图1 弓网系统

02 几何模型与网格划分

接触网总长度为550m，受电弓可以使用弹簧-阻尼-质量模型进行简化模拟，因此只需要使用简单的点线建模即可。建模完成后的模型示意图如下所示：

图2 弓网几何模型

接触网和受电弓整体都使用线性单元进行网格划分。

03 模型设置

图3 弓网各部分组件示意图

图3中展示了接触网上各组件的名称，其中承力索和接触线部分使用CABLE单元进行模拟，承力索和吊弦部分使用弹簧-质量模型进行模拟。受电弓使用弹簧-阻尼-质量单元进行模拟。

04 边界条件设置

承力索和接触线受到水平方向上的预张力后，承力索上的悬挂点设置为固定点，接触线上定位器处给定竖直方向的刚度，固定水平方向的自由度。接触网受重力后整体下垂，得到接触网正常运行时的初始状态，其状态和位移情况如下图所示：

图4 接触网受重力作用和预紧力后初始状态

列车运行状态下，受电弓以恒定275km/h的时速行驶。与接触线发生接触，受电弓顶部节点设置为从接触单元组，接触线整体设置为主接触单元组。

图5 接触单元组设置

05 求解和结果分析

针对受电弓和接触线之间的接触和受电弓本身的运动情况，我们使用通用结构仿真软件的非线性动力学求解器进行求解。计算受电弓完全通过这段接触网的过程中两者之间的接触和运动情况。我们输出了受电弓顶部节点上的所受接触力情况，绘制了接触力随时间变化的时程曲线。

图6 时速为275km/h时受电弓上接触力的时程曲线

可以看出当受电弓经过接触线上定位器和承力索上悬挂点所在位置时，接触力会出现一定程度的波动情况。并且当受电弓经过每根吊弦的过程中，接触力也会出现微小变化的情况。并且在列车启停过程中，接触力也会出现波动比较大的情况。

06 总结

本案例使用通用结构仿真软件中的CABLE单元和弹簧-阻尼-质量单元对高铁列车的弓网系统进行了动力学仿真。得到了受电弓所受接触力随时间变化的时程曲线。证明了通用结构仿真软件在非线性力学行为和非线性动力学求解方面的强大能力。

---

格物云CAE

一款国产可控云端仿真平台，结构、流体、水动力仿真软件场景化模块化，支持多格式网格导入(.med、.inp、.cdb、.cgns等)和高性能并行计算，降低CAE使用门槛，拓展CAE应用范围，加速工业企业研发制造数字化转型。平台支持云端CAE仿真生成工业APP，构建完全交互式仿真社区，快速实现行业通用经验软件化。

一键登录，开启仿真！

https://cae365.yuansuan.com

---

更多资讯可登录格物CAE官方网站

https://cae.yuansuan.cn/

远算科技在bilibili、头条、知乎、技术邻定期发布课程视频等内容

或关注微信公众号远算云仿真

敬请关注