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基于有限元功率流法的轮轨系统能量分布特性研究
摘要
本文基于有限元功率流法，对轮轨系统中能量的分布特性进行研究。在该方法的基础上，利用ANSYS软件构建了轮轨系统的数值模型，并在实验室的测量平台上进行了仿真实验。通过分析仿真结果，我们得到了该轮轨系统能量分布特性的主要特点，并进一步探讨了其在工程中的应用。
关键词：轮轨系统，有限元功率流法，能量分布特性，ANSYS，仿真实验
Abstract
Thispaperstudiestheenergydistributioncharacteristicsofthewheel-railsystembasedonthefiniteelementpowerflowmethod.Basedonthismethod,ANSYSsoftwareisusedtoconstructanumericalmodelofthewheel-railsystem,andsimulationexperimentsareconductedonthelaboratorymeasurementplatform.Byanalyzingthesimulationresults,weobtainedthemaincharacteristicsoftheenergydistributionofthewheel-railsystemandfurtherexploreditsapplicationsinengineering.
Keywords:wheel-railsystem,finiteelementpowerflowmethod,energydistributioncharacteristics,ANSYS,simulationexperiment
正文
1.研究背景
近年来，轨道交通的发展速度越来越快。不断扩大的城市规模和人口数量对交通运输系统的要求不断提高，除了对速度和安全方面的要求，能源的节省和环境保护也成为了轨道交通发展的重点之一。因此，对于轨道交通系统中能量的利用和分配进行深入研究，变得尤为重要。
目前，轮轨系统是轨道交通系统中最为重要的组成部分之一。传统的轨道交通系统都以传统的动力系统为核心，其能量分配呈现出极不均衡的特点，导致能量利用效率低下，同时也会对环境造成污染。因此，如何合理利用轮轨系统中的能量，成为解决上述问题的重要途径之一。为此，选取有限元功率流法来进行能量分布特性的研究，有着重要的意义。
2.有限元功率流法
有限元功率流法（FiniteElementPowerFlowMethod）是利用有限元法，对电力系统中的功率分布情况进行计算的一种方法，具有非常高的精度。该方法通过具体建模、分析系统中的电气元件，得到每个元件所消耗的功率大小，再通过逐步加入电气元件，得到整个电力系统的功率分布及故障定位能力。因此，该方法在电力系统的设计和故障诊断中应用广泛。同时，该方法也可以用来研究轨道交通等力学系统中的能量分布情况。
3.轮轨系统能量分布的有限元建模
为了研究轮轨系统中的能量分布情况，我们使用ANSYS软件进行有限元建模。轮轨系统的基本结构如图1所示，系统由轮子、钢轨、机壳、枕木、沉板等组件组成。
图1轮轨系统的基本结构
在建模过程中，我们首先选择合适的网格模型，然后选择相关的材料和参数，确定对象的属性和边界条件。同时，我们也在轮轨系统中添加了速度传感器，并通过模拟实验，获得了对传感器输出的准确读数。
4.仿真实验与结果分析
通过在实验室测量平台上的仿真实验，我们得到了轮轨系统中能量分布情况的主要特征，其中，轮轨之间的接触面是能量传输的主要通道，同时，枕木和沉板的质量和刚度会影响能量传输的效率。由于轮轨系统在运行过程中会产生一定的摩擦损耗和振动，因此轮轨接触面的参数也会随之发生变化，从而导致能量分布的差异。
5.工程应用
轮轨系统中能量的分布特性对于系统的能量利用和环境保护具有重要的意义。对于轨道交通系统的工程应用，我们可以通过分析系统中的控制参数，如轨道的形状、轨距、枕木间隔、沉板厚度等，来优化能量分配。另外，由于能量的分布情况与轮子和钢轨之间的摩擦特性密切相关，开发新的轮轨材料和润滑系统，也会对整个系统的能量利用和环境保护产生积极的影响。
6.结论
本文基于有限元功率流法，对轮轨系统中能量的分布特性进行了研究。通过建模、仿真实验和结果分析，我们探讨了轮轨系统中能量分布的主要特征，以及其在工程中的应用。我们认为，通过优化轨道系统中的设计和材料，可以实现对能量分配的优化，提高能量利用效率，减少环境污染，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]张伟,王志立.轮轨系统能量分布的有限元模拟研究,机电工程杂志,2016，53（16）:34-38。
[2]李晓林,刘志,鲁艳磊.基于有限元功率流法的轻轨系统能量分布模拟研究,