机车车辆动力学PDF电子书下载

第一章 机车车辆动力学基本理论和方法 1

1.1机车车辆动力学研究对象 1

1.1.1机车车辆的基本特点及组成 1

1.1.2轨道线路的基本特点及轨道不平顺 4

1.2机车车辆动力学分析思路及流程 9

1.3机车车辆多刚体动力学模型建立方法 10

1.3.1多刚体动力学基础知识 11

1.3.2牛顿-欧拉法 14

1.3.3达朗贝尔原理 16

1.3.4虚功原理及动能和势能 16

1.3.5拉格朗日分析力学 20

1.3.6哈密顿正则方程 22

1.4机车车辆动力学求解方法 24

1.4.1凯恩方法 24

1.4.2振型叠加法 27

1.4.3直接积分法 29

1.4.4辛数学方法 36

1.5理论模型的系统分析方法 41

1.5.1阻尼对振动衰减的影响 41

1.5.2幅频特性分析 43

1.5.3频谱分析 47

1.6机车车辆非线性动力学相关理论 53

1.6.1非线性动力学的几个历史性突破 53

1.6.2非线性振动与分岔理论 57

1.6.3混沌 59

参考文献 63

第二章 轮轨滚动接触理论 64

2.1轮轨滚动接触理论体系和架构 64

2.2轮轨接触几何关系 66

2.2.1轮轨基本特征及轮轨接触参数 66

2.2.2轮轨接触几何求解方法 75

2.2.3轮轨三维接触几何求解方法 78

2.3轮轨蠕滑理论 92

2.3.1黏着及蠕滑现象 93

2.3.2蠕滑率的求解 95

2.4轮轨法向接触理论 96

2.4.1 Hertz接触理论的适用条件 97

2.4.2椭圆接触斑的确定 98

2.4.3 Hertz接触条件下的法向力计算 99

2.4.4 non-Hertz接触条件下的法向力计算 102

2.5轮轨滚动接触经典理论 106

2.5.1轮轨滚动接触理论发展历程 106

2.5.2 Kalker线性蠕滑率/力模型 107

2.5.3 Johnson-Vermeulen无自旋三维滚动接触模型 110

2.5.4 Kalker的FASTSIM算法 110

2.5.5 Polach非线性滚动接触理论 113

2.5.6经验公式 117

2.6三维滚动接触问题求解方法 118

2.6.1经典滚动接触理论的局限性 118

2.6.2基于有限元法的轮轨接触力学 120

2.6.3基于有限元参数二次规划法的接触理论 122

2.6.4非稳态滚动接触力学 124

2.7考虑接触表面特性的轮轨接触问题分析方法 125

2.7.1表面温度对摩擦系数的影响问题 126

2.7.2表面粗糙度对蠕滑力的影响研究 126

2.7.3微观水平下的轮轨接触力分析方法 128

2.8轮轨滚动接触摩擦管理思路和方法 132

2.8.1轮轨黏着 132

2.8.2轮轨磨耗 135

2.8.3摩擦管理 137

参考文献 139

第三章 机车车辆垂向动力学 142

3.1机车车辆自由振动 142

3.1.1机车车辆简化的单自由度垂向振动模型 143

3.1.2机车车辆简化的两自由度垂向振动模型 147

3.2机车车辆强迫振动 150

3.2.1机车车辆简化的单自由度强迫振动模型 150

3.2.2机车车辆简化的两自由度强迫振动模型 152

3.3机车车辆随机振动 155

3.3.1随机振动基础 155

3.3.2机车车辆的垂向随机振动分析模型 160

3.4高速客车垂向振动响应的数值求解方法 165

3.5车辆垂向振动对轨道结构动力性能的影响 171

3.5.1车辆垂向振动影响轨道结构动力性能评定标准 171

3.5.2轮轨动态作用力的影响因素分析 172

参考文献 173

第四章 机车车辆的横向运行稳定性 174

4.1车辆蛇行运动与自激振动机理 174

4.1.1机车车辆的蛇行运动 174

4.1.2机车车辆的自激振动机理 180

4.2车辆横向运行稳定性仿真分析方法 185

4.2.1车辆横向运行稳定性线性分析方法 185

4.2.2车辆横向运行稳定性非线性分析方法 193

4.3车辆的蛇行失稳极限环分岔形式 209

4.3.1机车车辆系统常微分方程的分岔 209

4.3.2机车车辆Hopf分岔形式及影响因素 212

4.4高速车辆横向运行稳定性评价方法 217

4.4.1高速车辆稳定性评价方法案例比较分析 218

4.4.2高速车辆稳定性评价方法的新建议 226

4.5提高机车车辆横向运行稳定性的方法 228

4.5.1合理的轴箱定位刚度 228

4.5.2设置抗蛇行减振器和横向减振器 228

4.5.3选择合理的车轮踏面斜率 230

4.5.4其他方法 230

参考文献 232

第五章 机车车辆曲线通过分析方法 233

5.1蠕滑力导向机理 233

5.1.1轮对通过曲线时的纯滚线 233

5.1.2曲线通过时作用在轮对上的蠕滑力 234

5.1.3蠕滑力导向机理 236

5.2车辆稳态曲线通过分析方法 237

5.2.1线性稳态曲线通过 238

5.2.2非线性稳态曲线通过 243

5.3车辆动态曲线通过分析方法 248

5.3.1轨道模型 249

5.3.2蠕滑力-蠕滑率模型 250

5.3.3轮对动态曲线通过的运动方程 251

5.3.4转向架及车体动态曲线通过的运动方程 255

5.4径向转向架 257

5.4.1自导向径向转向架 257

5.4.2迫导向径向转向架 258

5.4.3动力学特性分析模型及运动方程 259

5.5独立轮对 261

5.5.1独立轮对的结构及特点 261

5.5.2自调节独立轮对的导向原理 262

5.6车辆曲线通过性能评价方法 265

5.6.1轮对与轨道间的横向力 266

5.6.2脱轨系数 266

5.6.3离心加速度 266

5.6.4冲角 267

5.6.5磨耗数和磨耗指数 267

参考文献 268

第六章 机车车辆脱轨安全性 269

6.1脱轨类型及原因分析 269

6.1.1脱轨的过程及其分类 269

6.1.2脱轨原因及影响因素 273

6.2脱轨仿真研究 276

6.2.1对准静态爬轨过程的仿真研究 277

6.2.2高频轮重变化对脱轨影响的仿真研究 278

6.2.3对蛇行失稳导致脱轨过程的仿真研究 279

6.2.4动态脱轨过程的仿真研究 281

6.3脱轨试验研究 287

6.3.1脱轨试验简介 287

6.3.2日本狩胜试验线上的货车脱轨试验 289

6.3.3中国的货物列车脱轨试验 292

6.3.4意大利实心车轴单轮对脱轨试验 294

6.4现行脱轨评价方法 297

6.4.1车辆爬轨脱轨准则 297

6.4.2 JNR以及EMD的脱轨系数持续时间指标 303

6.4.3由轨距扩大或钢轨翻转引起的脱轨的评价准则 305

6.5脱轨评价新方法 307

6.5.1根据车轮抬升量评判车辆脱轨的方法与准则 307

6.5.2车辆脱轨安全评判的动态限度 308

6.5.3列车脱轨能量随机分析理论 309

6.5.4三维准静态脱轨准则的研究 309

6.5.5高速列车动态脱轨评价方法 311

6.6脱轨预防措施 311

6.6.1车辆设计方面 312

6.6.2轨道设计方面 312

6.6.3运用维护方面 312

参考文献 313

第七章 机车车辆动力学性能试验技术 316

7.1试验方案设计 316

7.1.1试验的必要性 316

7.1.2试验方案选择 317

7.1.3试验条件 317

7.1.4试验线路的选定 319

7.1.5试验主要参数 319

7.2试验方案实施 329

7.2.1一般方法及原理 330

7.2.2测试用传感器 331

7.2.3测点布置 339

7.2.4测试设备 339

7.2.5测试流程 341

7.3试验数据采集与处理方法 341

7.3.1数据采集 342

7.3.2数据检验 343

7.3.3数据的统计处理方法 348

7.4试验结果评判标准 350

7.4.1车辆安全性评判标准 351

7.4.2轨道疲劳 355

7.4.3平稳性（舒适性）评判标准 357

参考文献 364

第八章 机车车辆动力学新发展 366

8.1刚柔耦合系统动力学 366

8.1.1机车车辆刚柔耦合系统建模方法 367

8.1.2机车车辆刚柔体系统动力学应用实例 372

8.2主动及半主动控制技术 377

8.2.1主动及半主动控制技术的控制原理 377

8.2.2主动及半主动控制技术在机车车辆性能优化中的应用 380

8.3机车车辆状态监测及故障诊断技术 394

8.3.1机车车辆监测诊断技术的发展趋势 395

8.3.2状态监测及故障诊断方法 395

8.3.3机车车辆故障诊断技术应用实例 398

8.4高速铁路大系统耦合研究体系及其系统建模 406

8.4.1高速列车耦合大系统的基本构成 406

8.4.2高速列车耦合大系统的功能 410

8.4.3高速列车耦合大系统服役模拟研究 413

8.5优化技术在机车车辆中的应用 415

8.5.1车轮型面优化的研究进展 416

8.5.2遗传算法在机车车辆动力学性能优化中的应用 422

参考文献 426