架空接触网是高速列车获取电能的关键部件,具有大跨度、高柔性的特点。接触网腕臂工作状态同其受力情况密切相关。接触网在发生振动时,载荷经由定位线夹直接传递至腕臂,引起腕臂受力状态变化,可能导致腕臂疲劳裂纹的产生和零部件脱落的出现。因此,分析腕臂的力学特性,并计算在不同工况下腕臂的最大应力和应力薄弱点,对提高接触网运行的安全性和改进腕臂系统设计具有重要意义。首先,考虑套管双耳、单耳和螺栓等连接件的影响,建立腕臂实体有限元模型,并分析腕臂不同工况下的静力学特性和腕臂动力学特性。静力学分析特性结果显示:正常工况下,腕臂的最大应力点在定位线夹处,最大应力远小于材料的屈服极限;覆冰和静风载荷下,腕臂最大应力点分别在平腕臂和斜腕臂连接处的螺栓处和定位线夹处,此处为结构的薄弱点;腕臂动力学特性分析中,模态分析显示前三阶振型下腕臂定位线夹处位移最大,第四、第五和第六阶振型下腕臂的定位管处位移最大;谐响应分析结果表明定位器处是腕臂疲劳损坏薄弱点。其次,为了研究载荷在腕臂上的传递规律以及载荷在腕臂底座的分布特征,本文基于铰链非线性特性和腕臂杆件模型建立腕臂的载荷传递函数,通过力学平衡方程和位移方程,推导出定位器-定位器支座之间铰接的非线性动力学方程,以及腕臂中各个部件的传递函数,并将理论推导得到的计算结果与有限元计算结果进行比较,计算结果和有限元计算结果比较吻合,得到腕臂载荷的传递规律和载荷在腕臂底座的分布规律。研究成果可用于腕臂结构设计时,为载荷合理分布提供理论基础。最后,通过台架试验,进行腕臂静力学试验和动力学试验。采用应变片分别采集腕臂关键部位在静态拉力和循环载荷作用下的应力应变值,并与腕臂有限元模型计算结果进行对比。静力学试验显示,腕臂有限元计算值与试验数据基本一致;动力学试验显示,腕臂有限元计算值与试验数据的时域平均值和频率基本一致,所建立腕臂有限元模型符合实际腕臂结构的静力学、动力学特征。研究结果不仅为开发新型高速接触网腕臂系统提供了一种新思路,而且为腕臂系统的结构分析、拓扑优化和参数设计提供了理论基础。本文的仿真结果与试验结果和理论计算结果一致,研究方法同样适用于其他类型腕臂的研究。