(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833357.2 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 兰州交通大 学 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西 路118号 (72)发明人 康永强　马钟任　蒲绪宏　王兆赟　 张嘉琳　党露芝　史志鹏　李帅兵　 李宏伟　董海鹰　 (74)专利代理 机构 兰州塞维思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 62208 专利代理师 焦海红 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的 分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种加速度对高铁车顶绝缘 子流场影 响的分析方法， 属于高电压与绝缘技术 领域。 方法包括： 基于有限元仿真进行高铁车顶 绝缘子模型几何建模， 以大气环境为流场， 以高 铁绝缘子为固体点， 建立流场模 型和固体运动模 型， 并设置高铁和绝缘子的几何参数； 对绝缘子 迎风面和背风面的不同位置进行编号并更新各 固体点周围流场分布情况； 使用有限元仿真方法 对模型进行材料参数设置； 使用有限元仿真方法 对模型进行物理场设置、 网格剖分及求解计算。 本发明得出加速度情况下绝缘子表面压力与密 度分布差异大于恒速情况下绝缘子表面压力与 密度分布的结论， 可用于探明高速列车启动和刹 车时车顶绝缘子流场分布规律与车顶绝缘子闪 络机理及高铁车顶流场设计 。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115270554 A 2022.11.01 CN 115270554 A 1.一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的分析方法， 其特征在于： 该方法为以下步 骤： 步骤S1： 基于有限元仿真进行高铁车顶绝缘子模型几何建模， 以大气环境为流场， 以高 铁绝缘子为固体点， 建立 流场模型和固体运动模型， 并设置高铁和绝 缘子的几何参数； 步骤S2： 随着高铁绝缘子运动， 对绝缘子迎风面和背风面的不同位置进行编号并更新 各固体点周围流场分布情况； 对绝缘子迎风面和背风 面的不同位置进行 标注： 列车在平面内从右向左行驶时， 由于每个绝缘子表面流场分布不同， 将第一个绝缘子 迎风面的头部标注为1， 根部标注为3， 背风面头部标注为2， 根部标注为4； 将第二个绝缘子 迎风面的头部标注为5， 根部标注为7， 背风 面头部标注为6， 根部标注为8； 步骤S3： 基于有限元仿真进行 材料参数设置； 基于有限元仿真中材 料参数设置， 设置相应区域的动力粘度、 密度、 杨氏模量、 泊松比； 步骤S4： 在有限元仿真中进行物理场设置、 网格剖分及求 解计算； 物理场设置包括设置 “固体力学 ”、“层流”、“全局常微分方程 ”； 计算可知： 在正加速度条件下， 绝缘子背风面处为绝缘子薄弱位置； 在负加速度情况 下， 绝缘子迎风面处为绝缘子薄弱位置 。 2.如权利要求1所述的一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的分析方法， 其特征在 于： 步骤S1中具体步骤为： 根据高铁及绝缘子的实际形状和尺寸， 构建出简易几何模型， 设 置高铁和绝 缘子几何参数； 具体尺寸为： 空气域长度 650m， 高度150m； 高铁尺寸60m ×30m； 绝缘子尺寸10m ×10m， 绝 缘子之间相隔3 0m； 高铁头部与尾部为U型。 3.如权利要求1所述的一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的分析方法， 其特征在 于： 步骤S3中材 料参数为： 高铁运行中的层流材料为空气， 动力粘度设置为随温度变化的函数式eta （T） ， 密度设 置为随压力与温度变化的函数式rho （pA， T） ； 高铁材料为铝合金， 密度390 0kg/m3， 杨氏模量3 00e9pa， 泊松比0.2 22； 绝缘子材料为石英玻璃， 密度2 203kg/m3， 杨氏模量73.1e9pa， 泊松比0.17。 4.如权利要求1所述的一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的分析方法， 其特征在 于： 步骤S4中具体的设置过程 为： “层流”物理场中， 在空气域的一端设置 “入口”边界条件， 设定气压值并抑制回流， 在另 一端设置“出口”边界条件以构成空气域的流 通； “固体力学 ”物理场中， 添加 “加速度”边界条件， 其 余边界条件保持默； 网格剖分包括对高铁绝缘子和空气进行网格剖分， 本实施例中完整网格包含5115个单 元； 使用移动网格技术求解列 车高速运行时流固耦合带来的网格大变形问题； 设置求解步 长0.1s和求解时间6 s， 选择全耦合的计算模式， 选择自动重新划分 网格， 在瞬态 求解器中开 启Anderso n加速度， 即可开始计算。 5.如权利要求4所述的一种加速度对高铁车顶绝缘子流场影响的分析方法， 其特征在 于： 步骤S4中具体的计算结果为： 相比恒速条件而言， 正负加速度情况下绝缘子表面流速 分权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270554 A 2布差异更大， 正负加速度情况下绝缘子表面流速分布差值约为恒速情况下绝缘子表面流速 分布差值的1.57 ‑1.86倍。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270554 A 3