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第1章 绪论 1

1.1 机车车辆产品设计演变 1

1.1.1 机车 1

1.1.2 客车和动车组 4

1.1.3 货车 6

1.2 轨道车辆设计基本原则 8

1.2.1 车辆设计总体原则 8

1.2.2 车体设计原则 9

1.2.3 转向架设计原则 9

1.3 现代设计理论和方法 11

1.3.1 优化设计 13

1.3.2 疲劳可靠性设计 14

1.3.3 虚拟设计 14

1.3.4 创造性设计 16

1.3.5 现代设计方法在产品开发中的重要性 16

1.4 轨道车辆现代设计方法 16

参考文献 17

第2章 车体结构设计 18

2.1 车辆强度设计内涵及其技术进展 18

2.1.1 车辆强度设计的内涵 18

2.1.2 轨道车辆结构设计与分析技术的进展 20

2.2 客车车体设计 21

2.2.1 设计规范概述 21

2.2.2 作用在车体上的载荷 22

2.2.3 应力评定 29

2.2.4 车体刚度评定 31

2.2.5 振动模态 32

2.2.6 客车强度标准的发展趋势 33

2.2.7 轨道车辆车体结构的有限元模型及计算实例 34

2.3 货车车体设计 36

2.3.1 设计规范概述 36

2.3.2 车辆基本作用载荷（或力）及其组合 36

2.3.3 应力评定 40

2.3.4 AAR标准与我国标准的比较 40

2.4 低阻力车体设计 41

2.4.1 列车车体空气动力学问题 41

2.4.2 高速列车外形设计 44

2.5 轻量化车体设计 47

2.5.1 车体轻量化的必要性 47

2.5.2 轻金属材料的选择 47

2.5.3 新型轻质结构材料及其在车体结构中的应用 51

2.5.4 结构优化设计理论 53

2.5.5 车体结构优化实例——磁浮车车体结构优化 55

参考文献 58

第3章 环境友好型转向架设计 59

3.1 转向架基本型式、功能和组成 59

3.1.1 转向架基本型式 59

3.1.2 转向架功能 61

3.1.3 转向架组成 61

3.2 转向架基本性能要求和设计规范 71

3.2.1 转向架基本性能要求 71

3.2.2 转向架设计规范 71

3.2.3 转向架设计基本准则 73

3.3 低阻力径向转向架设计 76

3.3.1 径向转向架基本概念与动力学原理 77

3.3.2 径向转向架基本型式 83

3.3.3 国内外低阻力径向转向架实例 86

3.3.4 径向转向架设计原则 90

3.4 低噪声转向架设计 91

3.4.1 轮轨系统噪声及限制标准 91

3.4.2 轮轨滚动噪声分析 100

3.4.3 降低轮轨滚动噪声技术 109

3.5 转向架弹性及减振元件设计 122

3.5.1 金属－橡胶复合弹簧 122

3.5.2 磁流变液减振器 134

3.5.3 位移选择型减振器PDD 143

3.5.4 频率选择型减振器FSD 146

参考文献 147

第4章 疲劳可靠性设计 149

4.1 疲劳破坏与疲劳设计 149

4.1.1 疲劳破坏的特点 149

4.1.2 疲劳破坏过程 150

4.1.3 疲劳设计方法 151

4.2 疲劳载荷谱 152

4.2.1 疲劳载荷及其分类 152

4.2.2 随机疲劳载荷的处理及编谱 152

4.3 材料强度－寿命曲线 154

4.3.1 疲劳应力循环 154

4.3.2 S-N曲线 154

4.3.3 ε-N曲线 155

4.3.4 循环应力－应变曲线 156

4.4 疲劳寿命分析 157

4.4.1 疲劳寿命评估方法 157

4.4.2 疲劳累积损伤理论 162

4.4.3 疲劳寿命分析流程 165

4.5 疲劳强度与寿命评定 168

4.5.1 应力应变疲劳寿命估算法 168

4.5.2 等效应力幅评估法 168

4.5.3 疲劳极限线图法 169

4.6 基于标准的疲劳寿命评估方法 170

4.6.1 基于AAR标准 170

4.6.2 基于FKM标准 171

4.6.3 基于ⅡW标准 174

4.7 车体结构疲劳寿命分析实例 175

参考文献 177

第5章 被动安全设计 178

5.1 车辆被动安全技术概述及耐撞击安全性能评价 178

5.1.1 车辆被动安全技术概述 178

5.1.2 轨道车辆耐撞击安全性能评价标准 181

5.2 车辆被动安全系统组成及设计 182

5.2.1 车辆碰撞的能量 182

5.2.2 车辆被动安全系统的设计及其组成 183

5.3 轨道车辆撞击吸能元件及装置 186

5.3.1 吸能元件及结构的原理和要求 186

5.3.2 薄壁圆管轴向碰撞吸能特性 187

5.3.3 防爬器 188

5.4 乘员二次碰撞安全防护 190

5.4.1 撞击伤害及其影响因素 190

5.4.2 乘员碰撞安全防护设计 192

5.5 车辆碰撞仿真和试验技术 193

5.5.1 车辆碰撞仿真分析技术 193

5.5.2 车辆碰撞试验技术 197

5.6 设计分析案例 200

5.6.1 地铁车辆耐碰撞仿真分析 200

5.6.2 高速动车组 203

参考文献 209

第6章 多学科设计优化 210

6.1 优化设计方法 210

6.1.1 优化问题基本概念 210

6.1.2 优化问题分类 211

6.1.3 优化方法 212

6.2 无约束问题的优化方法 214

6.2.1 基于导数的优化算法 214

6.2.2 非导数的优化算法 216

6.3 约束问题的优化方法 220

6.4 多学科设计优化 221

6.4.1 多学科设计优化起源与发展 221

6.4.2 多学科设计优化理论 223

6.4.3 多学科设计优化平台OPTIMUS 234

6.5 案例分析：基于多学科设计优化的高速轮对车轮型面镟修 238

6.5.1 问题提出 238

6.5.2 车轮型面镟修多学科设计优化数学模型 239

6.5.3 优化镟修算例 242

6.5.4 优化镟修后对车辆动力学性能的影响分析 244

参考文献 245

第7章 虚拟设计 246

7.1 虚拟设计与虚拟样机 246

7.1.1 需求样机 249

7.1.2 概念样机 249

7.1.3 工程样机 249

7.1.4 最终原型样机 250

7.2 虚拟设计与虚拟现实 253

7.3 轨道车辆虚拟样机建模与仿真 257

7.3.1 多体系统动力学基础 257

7.3.2 多体系统动力学虚拟样机建模与仿真 275

7.3.3 机械－控制系统虚拟样机建模与仿真 284

7.3.4 参数化建模与优化分析 288

7.4 轨道车辆虚拟设计仿真平台 291

7.4.1 平台开发意义和必要性 291

7.4.2 平台总体架构 293

7.4.3 平台组织架构及配置 294

7.4.4 轮轨接触几何和虚拟镟修模块 296

7.4.5 全参数化车辆多体动力学模型 300

7.4.6 动力学仿真模块 307

7.4.7 FEA静强度分析模块 316

7.4.8 疲劳分析模块 318

7.4.9 虚拟现实功能模块 320

7.4.10 平台工程应用 320

参考文献 321