高速铁路轨道动力学 模型、算法与应用PDF电子书下载

第一章 轨道动力学分析内容及相关标准 1

1.1 轨道动力学模型与方法研究回顾 1

1.2 轨道动力学分析内容 4

1.3 安全性平稳性限值与铁路环境标准 5

1.3.1 普通列车安全性限值 5

1.3.2 普通列车平稳性限值 6

1.3.3 提速列车安全性及平稳性限值 8

1.3.4 国内铁路噪声标准 9

1.3.5 国外铁路噪声标准 10

1.3.6 我国铁路机车和客车噪声限值 11

1.3.7 我国城市区域环境振动标准 12

1.3.8 我国城市轨道交通引起建筑物振动限值 15

1.4 高速铁路轨道维修管理标准 16

1.4.1 法国高速铁路轨道维修管理标准 16

1.4.2 日本新干线高速轨道维修管理标准 17

1.4.3 德国高速铁路轨道维修管理标准 17

1.4.4 英国高速铁路轨道维修管理标准 18

1.4.5 韩国高速铁路轨道几何状态检测标准 19

1.4.6 中国高速铁路轨道维修管理标准 20

1.4.7 欧洲高速列车-轨道耦合系统主频范围和敏感波长 21

1.5 古建筑结构容许振动标准 21

参考文献 25

第二章 轨道结构动力分析的解析法 30

2.1 高速列车诱发地面波与轨道强振动研究 30

2.1.1 轨道结构连续弹性基础梁模型 30

2.1.2 轨道等效刚度与轨道基础弹性模量的关系 32

2.1.3 轨道临界速度 32

2.1.4 轨道强振动分析 33

2.2 轨道刚度突变对轨道振动的影响 35

2.2.1 移动荷载作用下考虑轨道表面不平顺和刚度突变的轨道振动模型 36

2.2.2 轨道不平顺和轨道刚度突变对轨道振动的影响 38

2.2.3 轨道过渡段的整治原则 44

参考文献 45

第三章 轨道结构动力分析的傅里叶变换法 46

3.1 轨道结构连续弹性单层梁模型 46

3.1.1 傅里叶变换 47

3.1.2 快速离散傅里叶逆变换 48

3.1.3 Matlab中的离散傅里叶逆变换定义 48

3.2 轨道结构连续弹性双层梁模型 49

3.3 高速铁路轨道振动与轨道临界速度分析 51

3.3.1 单层梁模型分析 51

3.3.2 双层梁模型分析 54

3.4 客货混运铁路轨道结构振动分析 60

3.4.1 轨道结构连续弹性三层梁模型 60

3.4.2 轨道随机不平顺的数值模拟 61

3.4.3 求解轨道结构连续弹性三层梁模型的傅里叶变换法 61

3.4.4 客货混运铁路轨道结构振动分析 63

3.5 软土地基沥青基础有砟轨道结构振动分析 65

3.5.1 轨道结构连续弹性四层梁模型 66

3.5.2 求解轨道结构连续弹性四层梁模型的傅里叶变换法 67

3.5.3 软土地基沥青基础有砟轨道结构振动分析 69

参考文献 73

第四章 高架轨道结构振动特性分析 74

4.1 导纳的基本概念 74

4.1.1 导纳的定义 74

4.1.2 计算方法 75

4.1.3 谐响应分析的基本理论 76

4.2 高架桥梁结构振动特性分析 76

4.2.1 解析梁模型 77

4.2.2 有限元模型 80

4.2.3 高架轨道桥梁解析模型与有限元模型对比 82

4.2.4 桥梁支座刚度的影响 82

4.2.5 桥梁截面型式的影响 83

4.3 高架轨道结构振动特性分析 85

4.3.1 高架轨道-桥梁解析模型 85

4.3.2 有限元模型 88

4.3.3 桥梁结构阻尼 88

4.3.4 高架轨道-桥梁系统参数分析 90

4.4 高架轨道结构振动衰减分析 94

4.4.1 振动传播衰减率 94

4.4.2 钢轨振动衰减系数 99

参考文献 99

第五章 轨道不平顺功率谱及数值模拟 101

5.1 随机过程的基本概念 101

5.1.1 平稳随机过程 102

5.1.2 各态历经 103

5.2 轨道结构随机不平顺功率谱 103

5.2.1 美国轨道不平顺功率谱 104

5.2.2 德国高速轨道不平顺功率谱 105

5.2.3 日本轨道不平顺Sato谱 105

5.2.4 中国干线铁路轨道不平顺谱 106

5.2.5 合-武客运专线轨道不平顺谱 108

5.2.6 轨道不平顺功率谱拟合曲线的比较 110

5.3 轨道结构随机不平顺的数值模拟 116

5.4 三角级数法 116

5.4.1 三角级数法1 116

5.4.2 三角级数法2 120

5.4.3 三角级数法3 120

5.4.4 三角级数法4 120

5.5 轨道结构随机不平顺样本 121

参考文献 121

第六章 车辆-轨道耦合系统竖向动力分析模型 123

6.1 动力有限元基本理论 123

6.1.1 动力有限元法概述 123

6.1.2 梁单元理论 126

6.2 轨道结构的有限元方程 132

6.2.1 基本假设与计算模型 132

6.2.2 轨道结构广义梁单元理论 132

6.3 移动轴荷载作用下轨道动力学模型 137

6.4 单轮附有一系弹簧阻尼的车辆模型 138

6.5 半车附有二系弹簧阻尼的车辆模型 140

6.6 整车附有二系弹簧阻尼的车辆模型 142

6.7 车辆与轨道结构参数 144

6.7.1 机车车辆基本参数 144

6.7.2 轨道基本参数 149

参考文献 153

第七章 车辆-轨道耦合系统动力分析的交叉迭代算法 156

7.1 车辆-轨道非线性耦合交叉迭代算法 156

7.2 算例验证及收敛性分析 160

7.2.1 算例验证 160

7.2.2 时间步长的影响 162

7.2.3 收敛精度的影响 163

7.3 列车-轨道非线性耦合系统动力分析 164

7.4 结论 171

参考文献 172

第八章 动轮单元模型及算法 173

8.1 动轮单元模型 173

8.2 单轮附有一系弹簧阻尼的动轮单元模型 175

8.3 单轮附有二系弹簧阻尼的动轮单元模型 178

8.4 单轮过桥动力分析模型及算法 181

参考文献 183

第九章 轨道单元和车辆单元模型及算法 184

9.1 有砟轨道单元模型 184

9.1.1 基本假设 184

9.1.2 三层有砟轨道单元 185

9.2 板式轨道单元模型 187

9.2.1 基本假设 187

9.2.2 三层板式轨道单元 188

9.2.3 板式轨道单元质量矩阵 189

9.2.4 板式轨道单元刚度矩阵 190

9.2.5 板式轨道单元阻尼矩阵 194

9.3 板式轨道-桥梁单元模型 195

9.3.1 基本假设 195

9.3.2 三层板式轨道-桥梁单元 196

9.3.3 板式轨道-桥梁单元质量矩阵 197

9.3.4 板式轨道-桥梁单元刚度矩阵 198

9.3.5 板式轨道-桥梁单元阻尼矩阵 201

9.4 车辆单元模型 202

9.4.1 车辆单元的势能 203

9.4.2 车辆单元的动能 207

9.4.3 车辆单元的耗散能 207

9.5 车辆-轨道耦合系统有限元方程 208

9.6 列车-轨道耦合系统动力分析 209

参考文献 213

第十章 车辆-轨道耦合系统动力分析的移动单元法 215

10.1 基本假设 215

10.2 板式轨道三层梁移动单元模型 216

10.2.1 板式轨道控制方程 216

10.2.2 板式轨道移动单元的质量、阻尼和刚度矩阵 218

10.3 车辆单元模型 228

10.4 车辆-板式轨道耦合系统有限元方程 228

10.5 算例验证 229

10.6 高速列车-板式轨道耦合系统动力分析 230

参考文献 237

第十一章 车辆-轨道-路基-大地耦合系统竖向动力分析模型 238

11.1 移动荷载作用下板式轨道-路堤-大地系统模型 238

11.1.1 板式轨道-基床系统动力方程及解 239

11.1.2 路堤本体-大地系统动力方程及解 241

11.1.3 板式轨道-路堤-大地系统耦合振动 243

11.2 移动荷载作用下有砟轨道-路堤-大地系统模型 244

11.2.1 有砟轨道-基床系统动力方程及解 245

11.2.2 有砟轨道-路堤-大地系统耦合振动 246

11.3 移动车辆-轨道-路基-大地耦合振动解析模型 247

11.3.1 移动车辆在轮对处的柔度矩阵 247

11.3.2 轨道-路基-大地系统在轮轨接触点处的柔度矩阵 249

11.3.3 考虑轨道不平顺的移动车辆-轨道-路基-大地系统耦合 250

11.4 高速列车-轨道-路基-大地耦合系统动力响应分析 251

11.4.1 列车速度和轨道不平顺对路堤本体振动的影响 251

11.4.2 基床刚度对路堤本体振动的影响 253

11.4.3 路堤土体刚度对路堤本体振动的影响 253

参考文献 254

第十二章 列车-有砟轨道-路基耦合系统动力特性分析 255

12.1 车辆与轨道结构参数 255

12.2 列车速度效应分析 256

12.3 轨道基础刚度效应分析 259

12.4 过渡段不平顺效应分析 261

12.5 过渡段综合效应分析 266

参考文献 269

第十三章 列车-板式轨道-路基耦合系统动力特性分析 271

13.1 算例验证 271

13.2 板式轨道结构参数 273

13.3 列车-板式轨道-路基耦合系统动力特性参数分析 273

13.3.1 轨下垫板刚度的影响 274

13.3.2 轨下垫板阻尼的影响 276

13.3.3 CA砂浆刚度的影响 278

13.3.4 CA砂浆阻尼的影响 281

13.3.5 路基刚度的影响 283

13.3.6 路基阻尼的影响 286

参考文献 288

第十四章 有砟-无砟轨道过渡段动力特性分析 289

14.1 有砟-无砟轨道过渡段行车速度效应分析 290

14.2 有砟-无砟轨道过渡段轨道基础刚度效应分析 292

14.3 有砟-无砟轨道过渡段整治措施 294

参考文献 296

第十五章 交叠地铁列车引起的环境振动分析 298

15.1 交叠地铁引起的大地振动分析 298

15.1.1 工程概况 298

15.1.2 材料参数 298

15.1.3 有限元模型 300

15.1.4 阻尼系数及积分步长 301

15.1.5 列车动荷载 301

15.1.6 环境振动评价指标 303

15.1.7 上、下行线运行方向对振动的影响 303

15.1.8 交叠地铁减振方案分析 305

15.1.9 振动频率分析 307

15.1.10 地面振动分布规律 307

15.2 交叠地铁引起的古建筑振动分析 308

15.2.1 工程概况 308

15.2.2 有限元模型 310

15.2.3 建筑物模态分析 311

15.2.4 建筑物水平振动分析 313

15.2.5 建筑物竖向振动分析 317

15.3 结论 319

参考文献 320

索引 322