车辆 轨道耦合动力学PDF电子书下载

序 3

第一版序 3

前言 3

上篇 车辆—轨道耦合动力学理论体系 3

第一章　车辆—轨道耦合动力学导论 3

1.1　车辆—轨道耦合动力学的研究背景 3

1.2　车辆—轨道耦合动力学的学术思想 4

1.3　车辆—轨道耦合动力学的基本范畴 6

1.4　车辆—轨道耦合动力学的研究方法 8

参考文献 11

第二章　车辆—轨道耦合动力学模型 12

2.1　论车辆—轨道耦合系统的模型化 12

2.1.1　轮轨动力分析模型的演进 12

2.1.2　关于轨道结构的建模问题 14

2.1.3　关于轮轨动力分析中机车车辆的模型化问题 18

2.1.4　车辆—轨道耦合系统建模的一般原则 19

2.2　车辆—轨道垂向系统统一模型 20

2.2.1　物理模型 20

2.2.2　数学模型 26

2.3　车辆—轨道空间耦合系统动力学模型 38

2.3.1　物理模型 38

2.3.2　数学模型 48

2.4　轮轨空间动态耦合模型 71

2.4.1　轮轨系统坐标系及其变换 71

2.4.2　轮轨空间动态耦合模型 73

参考文献 84

第三章　车辆—轨道耦合系统激励模型 88

3.1　脉冲型激扰模型 88

3.1.1　车轮扁疤冲击模型 88

3.1.2　钢轨错牙接头模型 91

3.1.3　轨道低接头模型 93

3.1.4　道岔冲击模型 93

3.1.5　其他脉冲激扰模型 95

3.2　谐波型激扰模型 96

3.2.1　谐波激扰位移输入函数 97

3.2.2　轨道常见几何不平顺的输入模式 100

3.2.3　周期性简谐力输入函数 101

3.3　动力型轨道刚度不平顺模型 102

3.3.1　轨道过渡段刚度不平顺 102

3.3.2　道岔区轨道刚度不平顺 104

3.3.3　轨下基础结构缺陷的模拟 105

3.4　轨道随机不平顺激扰模型 106

3.4.1　美国轨道谱 106

3.4.2　德国高速轨道谱 107

3.4.3　中国干线轨道谱 108

3.4.4　几种典型轨道谱的比较 110

3.4.5　轨道随机不平顺时域样本的数值模拟方法 113

参考文献 114

4.1　大型非线性动力学系统的数值求解问题 116

第四章　车辆—轨道耦合动力学数值求解方法 116

4.2　大系统动态分析的新型快速数值积分方法 117

4.2.1　新型显式积分法 117

4.2.2　新型预测—校正积分法 122

4.2.3　非线性问题的数值积分形式 124

4.2.4　新型数值积分方法的数值精度 125

4.2.5　结论 127

4.3　复杂非线性问题计算稳定性的数值试验方法 128

4.3.1　引言 128

4.3.2　数值试验方法 128

4.4　新方法在车辆—轨道耦合动力学数值分析中的应用 129

4.4.1　数值积分步长的确定 130

4.4.2　轨道计算长度的确定 131

4.4.3　钢轨模态阶数的确定 132

参考文献 132

5.1.1　VICT系统的结构 134

5.1　车辆—轨道垂向相互作用仿真分析系统VICT 134

第五章　车辆—轨道耦合动力学的计算机仿真 134

5.1.2　VICT系统的仿真计算流程 135

5.1.3　VICT系统的功能 137

5.2 车辆—轨道空间耦合动力学仿真分析系统TTISIM 137

5.2.1 TTISIM系统的结构 137

5.2.2 TTISIM系统计算流程 139

5.2.3 TTISIM系统的功能 139

5.3　机车车辆在线路上动态运行行为的可视仿真 141

参考文献 144

第六章　车辆—轨道耦合动力学现场试验 145

6.1　车辆—轨道耦合动力学现场试验方法 145

6.1.1　车辆在线路上运行动力学现场试验方法 145

6.1.2　车辆与轨道动态作用现场试验方法 147

6.2　车辆在线路上动态运行行为的典型现场试验 151

6.3　车辆与轨道动态作用的典型现场试验 154

6.3.1　秦沈客运专线高速列车轮轨动态作用现场试验 154

6.3.2　大秦重载铁路万吨列车对轨道动态作用现场试验 158

6.3.3　山区铁路小半径曲线轮轨动态相互作用现场试验 160

参考文献 164

第七章　车辆—轨道耦合动力学模型的试验验证 166

7.1　车辆—轨道垂向统一模型的试验验证 166

7.1.1　车辆振动的理论分析结果与试验结果对照 166

7.1.2　轨道结构振动的理论分析结果与试验结果对照 167

7.1.3　轮轨动态作用力的理论分析结果与试验结果对照 170

7.1.4　车辆—轨道垂向统一模型验证结论 172

7.2　车辆—轨道空间耦合模型的试验验证 172

7.2.1　京秦线时速200km提速试验验证 173

7.2.2　秦沈客运专线高速试验验证 176

7.2.3　货物列车直线段脱轨试验验证 178

7.2.4　山区铁路小半径曲线轮轨动态作用试验验证 179

7.2.5　车辆—轨道空间耦合模型验证结论 181

参考文献 181

8.1.1　车辆运动稳定性的数值计算方法 182

第八章　车辆—轨道耦合模型与传统模型结果比较 182

8.1　车辆运动稳定性计算结果的比较 182

8.1.2　耦合模型与传统模型计算的临界速度结果比较 184

8.1.3　小结 185

8.2　车辆运行平稳性计算结果的比较 185

8.3　车辆曲线通过性能计算结果的比较 187

8.3.1 车辆低速通过小半径曲线时动力性能计算结果的比较 187

8.3.2　车辆高速通过大半径曲线时动力性能计算结果的比较 190

8.3.3　几点结论 191

参考文献 191

第九章　车辆—轨道耦合振动的基本特征 192

9.1　车辆—轨道耦合系统的冲击响应 192

9.1.1　垂向冲击振动响应 192

9.1.2　横向冲击振动响应 195

9.2　车辆—轨道耦合系统对谐波型激扰的振动响应 197

9.2.1　垂向谐波振动响应 197

9.2.2　横向谐波振动响应 200

9.3　轨道动力型不平顺对车辆—轨道耦合振动的影响 201

9.4　车辆—轨道耦合系统随机振动响应 202

9.4.1　车辆—轨道耦合系统随机振动分析方法 202

9.4.2　车辆—轨道耦合系统随机振动响应特征 203

9.4.3　轨道随机不平顺对车辆—轨道耦合系统横向随机响应的影响 208

参考文献 211

第十章　车辆—轨道耦合系统动力学性能评价 213

10.1　车辆—轨道耦合系统动力学性能评价指标体系 213

10.1.1　关于车辆运行安全性的评价 213

10.1.2　关于车辆运行平稳性的评价 214

10.1.3　关于车辆与轨道动态作用性能的评价 214

10.1.4　车辆—轨道耦合系统动力学性能评价指标体系 216

10.2　车辆运行安全性评价标准 217

10.2.1　脱轨系数 217

10.2.2　轮重减载率 217

10.3.1　车体振动加速度 218

10.3　车辆运行平稳性评价标准 218

10.2.3　倾覆系数 218

10.3.2　平稳性指标 220

10.3.3　车辆通过曲线时的舒适度标准 222

10.4　车辆与轨道动态作用性能评价标准 222

10.4.1　轮轨垂向力 222

10.4.2　轮轨横向力 223

10.4.3　轮轴横向力 223

10.4.4　线路横向稳定性系数 224

10.4.5　轮轨接触应力 224

10.4.6　道床应力 224

10.4.7　路基应力 225

参考文献 225

下篇　车辆—轨道耦合动力学工程应用 229

第十一章　机车车辆与线路动态匹配设计原理和准则 229

11.1　机车车辆与线路动态匹配设计理念 229

11.2　机车车辆与线路动态匹配设计原理 230

11.3　机车车辆与线路动态匹配设计方法 231

11.3.1　基于匹配设计原理的机车车辆动态设计方法 231

11.3.2　基于匹配设计原理的线路动态设计方法 232

11.4　机车车辆与线路动态匹配设计基本准则 233

11.4.1　机车车辆的低动力作用设计准则 233

11.4.2　轨道结构的低动力作用设计准则 236

参考文献 240

第十二章　列车提速对线路的动力影响及其对策 241

12.1　我国既有铁路列车提速概况及其意义 241

12.2　既有铁路列车提速给线路带来的动力问题 243

12.3　提速线路道岔处轮轨冲击作用问题及其对策 244

12.4　提速线路钢轨焊接区不平顺的动力效应及其控制 247

12.5　提速线路路桥连接段的动力问题及其对策 249

12.6　提速列车车轮擦伤对线路的动力影响及其对策 251

参考文献 253

13.1　高速铁路及其在中国的发展 254

第十三章　高速铁路车辆与轨道的动态相互作用 254

13.2　高速铁路车辆与轨道垂向动态相互作用特征 256

13.2.1　高速铁路轮轨冲击振动响应特征 256

13.2.2　高速行车条件下偏心轮的动态效应 258

13.2.3　高速列车车轮不圆引起的轮轨动力作用及其控制 258

13.2.4　高速铁路钢轨波浪形磨耗引起的轮轨动力作用特征 260

13.3　高速铁路车辆与轨道横向动态相互作用特征 261

13.3.1　列车运行速度对轮轨横向动态作用性能的影响 261

13.3.2 曲线参数对高速列车与轨道横向动态相互作用性能的影响 263

13.4　高速铁道车辆簧下质量的动力学效应及控制 265

13.5　高速列车与轨道过渡段的动态作用问题及技术对策 269

13.5.1　高速铁路轨道过渡段常用技术方法 270

13.5.2　高速铁路轨道过渡段结构设计方案 272

13.5.3　高速铁路轨道过渡段长度的理论设计 272

13.5.4　高速铁路轨道过渡段折角的控制标准 273

参考文献 275

14.1　关于我国重载铁路运输及货车大型化问题 276

第十四章　重载铁路车辆与轨道的动态相互作用 276

14.2　大型重载货车对线路的动力影响 277

14.3　减轻大型重载货车对线路动力作用的基本途径 280

14.3.1　减轻大型重载货车对线路动力作用的两种途径 280

14.3.2　英国低动力作用重载货车LTF的成功经验 281

14.4　我国新型重载货车设计及其轮轨动力性能评价 282

14.4.1　新型低动力作用重载货车转向架方案 282

14.4.2　SWJ转向架轮轨动力作用性能预测与评价 285

14.4.3　我国25t轴重低动力作用货车转向架的研制 286

参考文献 290

第十五章　山区铁路小半径曲线轮轨动态相互作用 291

15.1　我国山区铁路小半径曲线轨道动力问题 291

15.2　山区铁路小半径曲线轮轨相互作用特征 293

15.2.1　静态轮轨接触几何特征 293

15.2.2　轮轨动态相互作用特征 295

15.3　山区铁路小半径曲线安全改造对策及实践效果 297

15.3.1　强化前后轮轨动力性能的理论分析 298

15.3.2　强化前后轮轨动力性能的现场试验分析 303

15.3.3　工程应用实践效果 305

参考文献 306

第十六章　车辆—轨道耦合动力学在行车安全研究中的应用 307

16.1 车辆—轨道耦合动力学在线路不平顺安全限值研究中的应用 307

16.1.1　轨道几何不平顺安全限值的理论分析方法 308

16.1.2　轨道方向不平顺安全限值分析 308

16.1.3　轨距不平顺安全限值分析 309

16.1.4　轨道高低不平顺安全限值分析 310

16.1.5　轨道水平不平顺安全限值分析 310

16.1.6　轨道三角坑不平顺安全限值分析 311

16.1.7　轨道复合不平顺安全限值分析 312

16.2　车辆—轨道耦合动力学在列车通过道岔安全性评估中的应用 315

16.2.1　机车车辆侧向通过12号提速道岔时运行安全性分析 315

16.2.2　行车速度对机车车辆侧向通过道岔安全性的影响 316

16.2.3　评估结论 317

16.3　车辆—轨道耦合动力学在脱轨研究中的应用 317

16.3.1　现行脱轨评判标准及其缺陷 318

16.3.2　根据车轮抬升量判定车辆脱轨的原理 322

16.3.3　单轮对脱轨仿真研究 324

16.3.4　整车脱轨仿真研究 330

16.3.5　评判车辆脱轨的新准则 332

参考文献 335

第十七章　车辆—轨道耦合动力学在机车车辆设计中的应用 337

17.1　时速200km“天梭”号电力机车动力性能优化设计 337

17.1.1　“天梭”号机车参数优化设计 337

17.1.2　“天梭”号机车动力性能仿真预测与评价 339

17.1.3　“天梭”号机车对线路动力作用分析评估 342

17.1.4　“天梭”号机车实车运行试验结果 343

17.2　提速客运机车SS7E动力性能改进设计 345

17.2.1　SS7E原型机车横向异常振动现象的理论模拟 345

17.2.2　改进SS7E机车横向振动性能技术方案研究 347

17.2.3　改进设计后SS7E机车的实际效果及运用情况 349

17.3.1 120km/h提速货运机车转向架结构方案及其特点 351

17.3　时速120km提速货运机车轮轨动力性能分析设计 351

17.3.2 120km/h提速货运机车与曲线轨道的动态相互作用分析评估 352

17.3.3 120km/h提速货运机车与道岔的动态相互作用分析 353

17.3.4　降低120km/h提速货运机车轮轨动力作用的参数研究 354

参考文献 354

第十八章　车辆—轨道耦合动力学在铁路线路设计中的应用 356

18.1　秦沈客运专线新型无碴轨道建设工程应用实践 356

18.1.1　秦沈客运专线及其桥上无碴轨道结构概况 356

18.1.2　高速列车与桥上无碴轨道动态相互作用模型 358

18.1.3　秦沈客运专线桥上无碴轨道动力特性及列车走行性能预测 359

18.1.4　秦沈客运专线桥上无碴轨道动力特性及列车走行性能预评估 362

18.1.5　秦沈客运专线桥上无碴轨道现场实际效果 363

18.2　京秦线时速200km提速改造工程应用实践 364

18.2.1　京秦线线路基本状况及提速改造初步方案 364

18.2.2　京秦线提速试验列车及其参数 366

18.2.3　试验区间轨道几何不平顺状态 366

18.2.5　京秦线时速200km提速改造工程路基加固动力仿真计算结果 368

18.2.4　列车与线路动力性能评定标准 368

18.2.6　对京秦线时速200km提速改造工程路基加固方案的预评估与建议 372

18.3　时速200km福厦客货共线铁路设计应用 373

18.3.1　平面曲线关键参数对高低速行车动力性能的影响分析 375

18.3.2　高低速客货共线铁路平纵面匹配设计 377

18.3.3　高低速客货共线列车对轨道结构动力影响研究 379

18.3.4　减轻高低速客货共线铁路货物列车对轨道动力作用的技术措施研究 382

18.4　时速300km广深港客运专线平纵断面设计应用 383

18.4.1　沙仔岛长隧方案与桥隧方案高速行车性能对比分析 385

18.4.2　海鸥岛长隧方案与桥隧方案高速行车性能对比分析 386

18.4.3　沙仔岛长隧方案与海鸥岛长隧方案比选 387

参考文献 388

附录1　轮轨接触椭圆参数表 389

附录2　Kalker线性蠕滑理论之系数Cij 391

附录3　常见铁道机车车辆基本参数 392

附录4　常用轨道结构基本参数 397