吳文江，李 響, 高占鳳, 駱祥坤

(1. 石家莊鐵道大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 河北 石家莊 050043; 2. 石家莊鐵道大學(xué) 工程訓(xùn)練中心， 河北 石家莊 050043)

高速鐵路運(yùn)行中，受電弓與接觸網(wǎng)通過滑動(dòng)接觸方式相互作用，從而完成電力傳輸。吊弦作為接觸懸掛中承力索與接觸線的連接環(huán)節(jié)，將接觸線所承受的非等幅阻尼振動(dòng)傳遞至承力索上，吸收和緩沖承力索及定位點(diǎn)所受的振動(dòng)沖擊。吊弦一旦發(fā)生斷裂，將導(dǎo)致接觸網(wǎng)幾何參數(shù)發(fā)生變化，影響列車取流及安全運(yùn)行。近年來，武廣、京廣、京滬等高速鐵路均有整體吊弦斷股、折斷現(xiàn)象發(fā)生[1]。因此，分析吊弦的動(dòng)態(tài)行為，對(duì)于改善吊弦工況、提高列車運(yùn)行安全性具有重要的研究意義。

Park等[2]利用有限元法，對(duì)行車速度為100～400 km/h的弓網(wǎng)作用情況進(jìn)行仿真計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)：通過優(yōu)化受電弓參數(shù)，可以達(dá)到有效改善弓網(wǎng)振動(dòng)特性的目的。文獻(xiàn)[3-4]建立受電弓-接觸網(wǎng)有限元模型，結(jié)合直接積分法對(duì)不同行車速度下的弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)隨著速度增加，離線率也隨之增加，并得出無離線現(xiàn)象發(fā)生的最大車速在250～300 km/h之間的結(jié)論，同時(shí)還指出：通過優(yōu)化受電弓剛度、阻尼、靜抬升力、接觸線張力等參數(shù)，可以降低弓網(wǎng)系統(tǒng)離線情況的發(fā)生。陳立明[5]以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試吊弦動(dòng)態(tài)抬升量為初始載荷，基于有限元法對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明：整體吊弦動(dòng)態(tài)力波動(dòng)較大，約為靜態(tài)力的6倍；定位點(diǎn)附近吊弦力波動(dòng)最大，受壓幅度最大，容易發(fā)生疲勞破壞；跨中吊弦受壓頻率最高。但文中認(rèn)為吊弦對(duì)稱排布，導(dǎo)致相對(duì)于跨中對(duì)稱位置上的吊弦受力情況相同，忽略了接觸網(wǎng)自身波動(dòng)傳播具有方向性所造成的影響。戚廣楓等[6]通過對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到了250、300 km/h雙弓情況的吊弦靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力結(jié)果，并利用數(shù)值模擬等方法處理成疲勞載荷譜，研究表明：跨中位置吊弦最易出現(xiàn)疲勞斷裂；車速越高，疲勞斷裂概率越高。Liu等[7]通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)斷裂吊弦進(jìn)行斷口形貌分析實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合接口壓緊力仿真分析，得出結(jié)論：壓緊力過大導(dǎo)致的局部銅導(dǎo)線截面減小所引發(fā)的應(yīng)力集中是引發(fā)吊弦斷裂的原因之一。

綜上所述，目前已有研究中對(duì)吊弦具體服役工況下動(dòng)態(tài)行為缺少深入研究，斷裂結(jié)論尚未統(tǒng)一。因此，本文基于有限元法對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，確定各位置吊弦服役工況與所產(chǎn)生故障的聯(lián)系，為改善吊弦斷裂情況、優(yōu)化接觸網(wǎng)波動(dòng)特性提供有效方案。

1 弓網(wǎng)耦合動(dòng)力學(xué)方程

接觸網(wǎng)跨距大，承力索和接觸線的抗彎剛度都較小，屬于柔性結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出明顯的弦特性，故跨內(nèi)的不同位置其剛度存在差異[8]，因此一般將其視為變剛度彈性系統(tǒng)。取流核心部件受電弓主要由弓頭、上框架、下框架組成，是一個(gè)變系數(shù)的帶有平方項(xiàng)的非線性系統(tǒng)，本文采用典型的三自由度受電弓系統(tǒng)模型對(duì)其進(jìn)行線性化處理。二者耦合狀態(tài)示意見圖1。

圖1中,Ft為弓網(wǎng)接觸力；F1為靜抬升力；F2、F3為空氣抬升力；m1、m2、m3分別為下框架質(zhì)量、上框架質(zhì)量、弓頭質(zhì)量；k1、k2、k3分別為下框架剛度、上框架剛度、弓頭剛度；c1、c2、c3分別為車體與下框架阻尼、上下框架間阻尼、弓頭阻尼；kt為接觸網(wǎng)剛度。利用最小二乘原理對(duì)接觸網(wǎng)剛度非線性數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合[9]，得到接觸網(wǎng)剛度為

( 1 )

( 2 )

式中：α1～α5為擬合系數(shù)；k0為接觸網(wǎng)平均剛度，N/m；v為機(jī)車行駛速度，m/s；L為接觸網(wǎng)跨距，m；L′為相鄰吊弦距離，m；t為系統(tǒng)時(shí)間，s。

根據(jù)圖1建立弓-網(wǎng)耦合動(dòng)力學(xué)方程

-Ft+F3

( 3 )

( 4 )

c1y1+k1y1=F1

( 5 )

式中：

Ft=kt·y3

( 6 )

則式( 3 )可改寫為

( 7 )

式中變量與圖1一致，相關(guān)參數(shù)取值見表1。代入?yún)?shù)，對(duì)速度為250、300 km/h 2種情況做10 s仿真計(jì)算，求解接觸力、抬升量的變化情況，仿真結(jié)果見圖2、圖3。

表1 弓網(wǎng)耦合模型參數(shù)

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50318—2002[10]所提供的速度250、300 km/h 2種情況下的仿真標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行有效性驗(yàn)證，結(jié)果見表2。

表2 模型有效性驗(yàn)證

由表2可知，仿真結(jié)果在EN 50318—2002許可范圍內(nèi)，仿真結(jié)果具有有效性。從圖2、圖3的仿真計(jì)算結(jié)果來看，抬升量相比于接觸力，波動(dòng)變化更為穩(wěn)定平滑，作為載荷輸入更容易在接觸分析時(shí)達(dá)到收斂要求。因篇幅有限，僅對(duì)時(shí)速250 km/h情況下單跨抬升量波動(dòng)曲線進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果見圖4。利用擬合的載荷譜，作為之后瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中的受電弓抬升量變化輸入。

2 弓網(wǎng)耦合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真

以往研究常將吊弦視為質(zhì)量-彈簧單元模塊，將質(zhì)量平均分布在接觸線與承力索上[11]，這種方法雖可以降低計(jì)算量，但無法真實(shí)準(zhǔn)確地反映列車經(jīng)過時(shí)吊弦的動(dòng)態(tài)行為。為了顯示受電弓通過單跨接觸網(wǎng)全部時(shí)間歷程內(nèi)的吊弦響應(yīng)結(jié)果，利用Ansys WorkBench中包含時(shí)間維度的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)模塊對(duì)弓網(wǎng)耦合系統(tǒng)進(jìn)行仿真。本文采用結(jié)構(gòu)高度1.2 m、跨距64 m、吊弦間距8 m的簡(jiǎn)單鏈型懸掛接觸網(wǎng)作為研究對(duì)象，利用分模法[12-13]進(jìn)行接觸網(wǎng)初始狀態(tài)求解：將接觸懸掛分解成接觸線與承力索2個(gè)部分，先根據(jù)接觸線無弛度靜態(tài)模型，計(jì)算求解此條件下吊弦受力結(jié)果；再根據(jù)吊弦受力與承力索所受自重的疊加狀態(tài)求解承力索變形，進(jìn)而確定吊弦長(zhǎng)度，最終完成整個(gè)接觸懸掛的幾何參數(shù)確定。接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3。

表3 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)創(chuàng)建接觸網(wǎng)靜態(tài)幾何模型，導(dǎo)入WorkBench后將其設(shè)為柔性體，承力索兩端定位處固定且無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，接觸線兩端定位處垂向位移為0，可以平面轉(zhuǎn)動(dòng)，二者材料屬性及補(bǔ)償張力參數(shù)見表4。本文不考慮受電弓形變，將其作為剛性體處理以簡(jiǎn)化計(jì)算量。承力索、接觸線及吊弦結(jié)構(gòu)均屬于簡(jiǎn)單幾何體，利用掃略生成六面體網(wǎng)格，承力索掃略尺寸500 mm，共計(jì)512個(gè)單元；接觸線掃略尺寸100 mm，共計(jì)3 200個(gè)單元；吊弦掃略尺寸50 mm。

表4 接觸網(wǎng)線材參數(shù)

利用Workbench中接觸分析模擬受電弓與接觸線之間的相互作用關(guān)系。接觸分析是對(duì)空間上多個(gè)物體相互接觸但無法彼此滲入貫穿所進(jìn)行的狀態(tài)非線性分析，有限元理論中基于罰函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，罰函數(shù)為

Fnormal=kknormal·xpenetration

( 8 )

式中：Fnormal為接觸力；knormal為接觸剛度；xpenetration為滲入量。

式( 8 )中，當(dāng)knormal理想無限大或xpenetration足夠小時(shí)，即可模擬弓網(wǎng)之間接觸力的傳遞關(guān)系。

接觸示意3模型及罰函數(shù)求解原理見圖5。利用對(duì)受電弓相對(duì)于地面設(shè)置位移運(yùn)動(dòng)副的方式模擬列車運(yùn)行取流過程，將圖4載荷譜作為移動(dòng)點(diǎn)載荷輸入，其中水平軸數(shù)值模擬列車行駛過程，垂向數(shù)值模擬受電弓抬升、下落過程。弓網(wǎng)接觸屬于剛?cè)狁詈蠣顟B(tài)非線性問題，二者之間的接觸存在大形變和相對(duì)滑動(dòng)，接觸網(wǎng)剛度每個(gè)瞬間發(fā)生的形變都將引起其自身剛度的迭代變化，求解過程通過Newton-Raphson法迭代完成。由于接觸網(wǎng)跨距尺寸大，求解過程難以收斂，為解決此問題，需對(duì)載荷步長(zhǎng)及接觸參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)試設(shè)置，參數(shù)設(shè)置見表5。

表5 有限元參數(shù)設(shè)置

3 結(jié)果與分析

3.1 吊弦振動(dòng)形變分析

吊弦振動(dòng)受接觸線形變驅(qū)使，自下向上傳遞，由于自身材料阻尼特性，波峰逐漸變小，故最大振幅在靠近接觸線一側(cè)。提取各吊弦最下端單元的全部時(shí)域下的空間位置坐標(biāo)，即可確定振動(dòng)源運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)果見圖6。圖6中，X軸負(fù)半軸為列車行駛方向，Y軸表示左右方向，Z軸表示垂直地面方向，正半軸為向上。

由圖6可以看出，相對(duì)于跨中位置對(duì)稱分布吊弦的振動(dòng)源，在Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本一致，1、2、3號(hào)吊弦振動(dòng)源產(chǎn)生X正半軸形變，5、6、7號(hào)吊弦振動(dòng)源產(chǎn)生X負(fù)半軸形變，幅值基本相等。這是因?yàn)榻佑|線的形變實(shí)際是圍繞兩端定位點(diǎn)發(fā)生的微轉(zhuǎn)動(dòng)，由于抬升量向上，則左半側(cè)的接觸線實(shí)際做繞左側(cè)定位點(diǎn)逆時(shí)針微轉(zhuǎn)動(dòng)，其上方的連接點(diǎn)向X負(fù)半軸發(fā)生位移；右半側(cè)接觸線做繞右側(cè)定位點(diǎn)順時(shí)針微轉(zhuǎn)動(dòng)，其上方連接點(diǎn)向X正半軸發(fā)生位移，4號(hào)吊弦處于跨中位置，故出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng)的現(xiàn)象。從運(yùn)動(dòng)規(guī)律上來看，吊弦位置越靠近跨中，吊弦壓縮幅值越大，振動(dòng)頻率也增大；壓縮產(chǎn)生初期，運(yùn)動(dòng)以前后擺動(dòng)為主，越靠近定位點(diǎn)的吊弦前后擺動(dòng)越大，魏超等[16]認(rèn)為吊弦下端過大的擺動(dòng)會(huì)加劇與鉗壓管之間的摩擦，從而引起微動(dòng)彎曲疲勞的發(fā)生，使疲勞裂紋提前萌生并加速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致吊弦過早斷裂，見圖7(a)；壓縮值逐漸增大后，吊弦開始出現(xiàn)明顯的左右擺動(dòng)，這是吊弦在過大抬升作用下處于松弛狀態(tài)，下端約束力降低所導(dǎo)致的，當(dāng)左右橫擺過大時(shí)，將擴(kuò)大弓網(wǎng)之間的摩擦范圍，加劇弓頭磨損、降低接觸線使用壽命，使取流質(zhì)量受到影響，見圖7(b)；4號(hào)吊弦在小幅度壓縮時(shí)，振動(dòng)源各方向位移較小，隨著壓縮幅度增大，其各方向擺動(dòng)幅值也逐漸增大。因?yàn)槲挥诮佑|網(wǎng)跨中位置，距離約束點(diǎn)最遠(yuǎn)、柔性最大，故4號(hào)吊弦振動(dòng)頻率及幅值也大于其他位置的吊弦，這說明其承受的疲勞斷裂風(fēng)險(xiǎn)也最高。另外，高頻振動(dòng)還容易造成線夾螺栓止動(dòng)環(huán)松動(dòng)，從而引起載流環(huán)下垂，干擾列車正常取流，見圖7(c)。

對(duì)圖6中振動(dòng)頻率及運(yùn)動(dòng)軌跡在X、Y、Z方向上的最大值和平均值統(tǒng)計(jì)分析見表6。表6中可以看出，振動(dòng)頻率由兩端向中間逐漸增高；振動(dòng)源的X方向最大形變值和平均值從接觸網(wǎng)跨兩端向中間逐漸減小，Z方向上，越靠近中間位置抬升量越大，4號(hào)吊弦的垂向形變約為1號(hào)、7號(hào)吊弦的2倍，這表明兩側(cè)吊弦對(duì)于水平方向擺動(dòng)更為敏感，跨中位置吊弦則對(duì)垂向抬升更為敏感，且振動(dòng)頻率更高。Y方向橫擺平均值、最大值變化不明顯，說明左右擺動(dòng)情況受吊弦位置影響不大。

表6 振動(dòng)軌跡統(tǒng)計(jì)

3.2 吊弦壓縮彎曲形變分析

吊弦垂向上存在2種狀態(tài)，即靜態(tài)拉伸與受壓彎曲。當(dāng)受電弓距離分析跨較遠(yuǎn)時(shí)，各位置吊弦由于承受自身重力以及接觸線重力，處于靜態(tài)拉伸狀態(tài)；當(dāng)受電弓滑入分析跨內(nèi)，引起接觸線抬升，此時(shí)吊弦處于受壓彎曲。通過提取吊弦與承力索、接觸線間共享節(jié)點(diǎn)的垂向位移L1、L2，計(jì)算2點(diǎn)垂向位移差得到每根吊弦的具體狀態(tài)，即

L2-L1>0

( 9 )

L2-L1≤0

(10)

式( 9 )表示受壓彎曲狀態(tài)；式(10)表示拉伸狀態(tài)。七根吊弦壓縮計(jì)算結(jié)果見圖8。

由圖8可以看出，受電弓經(jīng)過跨內(nèi)時(shí)長(zhǎng)不足1 s，接觸線形變恢復(fù)不充足，吊弦始終處于受壓彎曲狀態(tài)；各位置吊弦的彎曲變化頻率基本一致，約為10 Hz；時(shí)域上，各吊弦初始受壓彎曲的產(chǎn)生時(shí)間存在明顯的滯后性(圖中黑線標(biāo)出)，1號(hào)吊弦最早產(chǎn)生受壓彎曲，隨后自左向右依次發(fā)生；越靠近跨中位置吊弦受壓彎曲程度越高，4號(hào)吊弦受壓彎曲程度最大，約為120 mm。吊弦由多股銅絲絞制而成，整體上存在因絞制而產(chǎn)生的具有方向性的內(nèi)力，當(dāng)受壓彎曲形變過大時(shí)，外力約束減小，內(nèi)力占據(jù)主導(dǎo)位置，容易造成吊弦扭結(jié)，見圖9(a)。扭結(jié)后的吊弦在受電弓經(jīng)過后由于無法恢復(fù)至原本長(zhǎng)度，將引發(fā)接觸線長(zhǎng)期形變、受流中斷的諸多狀況。扭結(jié)嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)引發(fā)吊弦局部塑性變形，從而造成吊弦松弛現(xiàn)象，見圖9(b)。

3.3 吊弦彎曲特性分析

由3.1、3.2節(jié)可知，吊弦動(dòng)態(tài)特性是振動(dòng)形變與壓縮形變二者共同作用的結(jié)果。結(jié)合圖6、圖8來看，壓縮幅值為水平方向形變量數(shù)倍，說明單根吊弦內(nèi)存在多個(gè)彎曲點(diǎn)，僅通過最大形變值并不能說明吊弦的真實(shí)彎曲狀態(tài)，因此需要進(jìn)一步計(jì)算曲率加以說明。3.1、3.2節(jié)提到4號(hào)吊弦壓縮幅值、水平形變值均為所有吊弦中最大，以4號(hào)吊弦為例進(jìn)行彎曲特性分析研究。提取4號(hào)吊弦上12個(gè)間距為40 mm的等距節(jié)點(diǎn)，作為形變的特征點(diǎn)，X軸零點(diǎn)為接觸線與吊弦連接點(diǎn)位置坐標(biāo)，向上至承力索方向?yàn)檎较?，Y軸為時(shí)間，Z軸為彎曲形變量，利用吊弦的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的形變結(jié)果生成吊弦彎曲形變時(shí)域圖，見圖10。

2.提高文化業(yè)務(wù)素質(zhì)，認(rèn)真履行工會(huì)職能。作為工會(huì)干部，要努力提高洞察能力，塑造優(yōu)秀的人格形象，掌握有關(guān)法律、法規(guī)和政策；了解企業(yè)的經(jīng)營(yíng)情況。還要有刻苦鉆研的精神，要精通業(yè)務(wù)，吃透有關(guān)工會(huì)工作基本理論和相關(guān)的知識(shí)。熟悉工會(huì)工作的特點(diǎn)與規(guī)律，自覺貫徹執(zhí)行工會(huì)工作方針和總體思路，全面履行工會(huì)的基本職能，善于將工會(huì)工作與單位的中心任務(wù)結(jié)合起來，只有這樣，工會(huì)說話辦事才有底氣，在群眾中才有號(hào)召力，才能使工會(huì)工作開展得正確規(guī)范，富有成效。

由圖10可以看出，整個(gè)時(shí)域下的形變結(jié)果分成兩部分，0.3 s之前，4號(hào)吊弦上各個(gè)位置的節(jié)點(diǎn)彎曲形變幾乎為零，這是因?yàn)?號(hào)吊弦位于跨中位置，接觸線弛度最大，當(dāng)受電弓距離吊弦正下方較遠(yuǎn)時(shí)，引起該位置抬升量較小，未造成吊弦大幅彎曲；0.3 s之后，受電弓劃至4號(hào)吊弦附近，抬升量開始引起吊弦彎曲形變。數(shù)值上來看，后半程彎曲形變均保持在6 mm以上，最大值出現(xiàn)在接觸線與吊弦的連接點(diǎn)一側(cè)為16.5 mm。一跨內(nèi)，吊弦大于10 mm以上的彎曲形變發(fā)生16次，按每日100對(duì)單弓列車行駛計(jì)算，吊弦將發(fā)生1 600次反復(fù)彎曲。文獻(xiàn)[17]通過實(shí)驗(yàn)證明：采用冷拉拔成型的銅合金導(dǎo)線，經(jīng)過強(qiáng)烈塑性變形后，線體表面出現(xiàn)一層超細(xì)晶，超細(xì)晶塑性低于材料內(nèi)部組織，在反復(fù)彎曲過程中，由于表層與芯部的力學(xué)性能差異使得形變發(fā)生不協(xié)調(diào)，將導(dǎo)致其提前斷裂。根據(jù)云圖數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對(duì)4號(hào)吊弦彎曲形變情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表7。

表7 彎曲形變統(tǒng)計(jì)值

注：表中節(jié)點(diǎn)號(hào)為4號(hào)吊弦上自下向上的12個(gè)等距節(jié)點(diǎn)；平均值為每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置產(chǎn)生的彎曲形變平均值；最大值為每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置產(chǎn)生的彎曲形變最大值。

以表7中平均值、最大值作為x值，12個(gè)節(jié)點(diǎn)縱坐標(biāo)為y值，利用樣條差值方法分別模擬吊弦的2種典型的彎曲形變狀態(tài)，進(jìn)而確定各彎曲點(diǎn)位置及曲率。結(jié)果見表8。

表8 4號(hào)吊弦各位置及曲率

采用相同方式處理其余對(duì)稱分布的6根吊弦，制成所有吊弦的距離-曲率曲線，見圖11。

由圖11可知，吊弦曲率由兩端向中間逐漸增加，其中4號(hào)吊弦無論平均曲率還是最大曲率，均高于其他位置吊弦；圖11中存在明顯的分級(jí)現(xiàn)象，3、4、5號(hào)吊弦曲率遠(yuǎn)高于1、2、6、7號(hào)吊弦曲率，這說明跨中位置吊弦彎曲程度遠(yuǎn)大于兩側(cè)位置吊弦，伴隨著每日過高的彎曲次數(shù)累積，其斷裂風(fēng)險(xiǎn)也更大；位置對(duì)稱的吊弦曲率變化情況基本一致，但數(shù)值上，后半程的5、6、7號(hào)吊弦要稍小于與之分別對(duì)應(yīng)3、2、1號(hào)吊弦，這是因?yàn)楸疚尼槍?duì)受電弓的單跨時(shí)域內(nèi)進(jìn)行仿真運(yùn)算，后半程吊弦由于受電弓滑動(dòng)所引發(fā)的振動(dòng)在時(shí)間上發(fā)生較晚，當(dāng)受電弓行走過跨內(nèi)全程后，還尚未完全響應(yīng)，導(dǎo)致數(shù)值上偏小，建議建立連續(xù)三跨仿真模型對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

3.4 形變方向分析

正常工作狀態(tài)下，吊弦發(fā)生的形變屬于彈性形變，當(dāng)外力或位移載荷減小時(shí)，將恢復(fù)至初始狀態(tài)，此過程中的彎曲與回彈均具有方向性，截取受電弓分別劃過7根吊弦時(shí)各吊弦的瞬時(shí)形變速率矢量結(jié)果，對(duì)其方向進(jìn)行判斷，結(jié)果見圖12。

由圖12可以看出，形變方向呈旋轉(zhuǎn)上升狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)同時(shí)存在左旋(黑框內(nèi))與右旋2種(紅框內(nèi))狀態(tài)。文獻(xiàn)[18]中6.5.2小節(jié)要求絞線各相鄰層的絞向應(yīng)相反，最外層絞向?yàn)橛蚁?，因此?dāng)?shù)跸倚巫兎较驗(yàn)橛倚龝r(shí)，外絲被加緊，芯絲放松，將導(dǎo)致外絲與芯絲之間相互擠壓力增大，嚴(yán)重時(shí)芯絲鼓包頂出，影響吊弦力學(xué)性能，見圖13(a)；當(dāng)形變方向?yàn)樽笮龝r(shí)，芯絲之間磨損加劇，外絲出現(xiàn)松股，見圖13(b)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致內(nèi)外之間產(chǎn)生縫隙，強(qiáng)度整體下降，致使吊弦容易斷裂。

4 結(jié)論

本文基于有限元法，將吊弦的動(dòng)態(tài)特性結(jié)合典型事故進(jìn)行分析，為吊弦故障排查提供科學(xué)依據(jù)，具體結(jié)論如下：

(1) 跨端位置吊弦對(duì)水平擺動(dòng)更為敏感，1、7號(hào)吊弦的前后擺動(dòng)幅值最大，易與壓接鉗口產(chǎn)生摩擦，出現(xiàn)微動(dòng)彎曲疲勞現(xiàn)象；跨中位置吊弦對(duì)垂向擺動(dòng)更為敏感，4號(hào)吊弦振動(dòng)頻率最高，水平形變量、壓縮幅值最大，最易引起疲勞斷裂、吊弦扭結(jié)及吊弦松弛故障的發(fā)生。

(2) 越靠近跨中位置的吊弦，其彎曲曲率越高，跨中吊弦曲率約為跨端吊弦曲率的5倍。彎曲程度較大的跨中位置吊弦將更快積累由表面超細(xì)晶帶來的內(nèi)外形變差異，導(dǎo)致其過早地發(fā)生彎曲疲勞斷裂。

(3) 吊弦的形變呈現(xiàn)螺旋上升狀態(tài)，并同時(shí)存在左旋、右旋。右旋形變過大將發(fā)生吊弦鼓包，左旋形變過大將發(fā)生開股，二者都會(huì)使吊弦強(qiáng)度降低，縮短使用壽命。

(4) 不同位置吊弦所出現(xiàn)的典型故障有所不同，應(yīng)相應(yīng)排查易發(fā)事故，確保列車安全運(yùn)行。