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商品参数

车辆－轨道耦合动力学（第四版）上册
	曾用价	150.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2017年08月
	开本	16
	作者	翟婉明
	装帧	圆脊精装
	页数	272
	字数	311
	ISBN编码	9787030426017

目录
第*版序 前言 第*章 车辆—轨道耦合动力学导论1 1.1 车辆—轨道耦合动力学的研究背景1 1.2 车辆—轨道耦合动力学的学术思想3 1.3 车辆—轨道耦合动力学的基本范畴5 1.4 车辆—轨道耦合动力学的研究方法7 参考文献10 第二章 车辆—轨道耦合动力学模型11 2.1 论车辆—轨道耦合系统的模型化11 2.1.1 轮轨动力分析模型的演进11 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41 2.3.1 物理模型42 2.3.2 数学模型51 2.4 轮轨空间动态耦合模型77 2.4.1 轮轨系统坐标系及其变换77 2.4.2 轮轨空间动态耦合模型79 参考文献89 第三章 车辆—轨道耦合系统激励模型95 3.1 车辆—轨道耦合动力学模型中激励的输入方法95 3.1.1 定点激振输入法95 3.1.2 移动车辆激励输入法96 3.2 脉冲型激扰模型97 3.2.1 车轮扁疤冲击模型97 3.2.2 钢轨错牙接头模型101 3.2.3 轨道低接头模型102 3.2.4 道岔冲击模型103 3.2.5 其他脉冲激扰模型106 3.3 谐波型激扰模型107 3.3.1 谐波激扰位移输入模式107 3.3.2 轨道常见几何不平顺的输入模式113 3.3.3 周期性简谐力输入函数115 3.4 动力型轨道刚度不平顺模型116 3.4.1 轨道过渡段刚度不平顺116 3.4.2 道岔区轨道刚度不平顺118 3.4.3 轨下基础结构缺陷的模拟119 3.5 轨道随机不平顺激扰模型120 3.5.1 美国轨道谱121 3.5.2 德国轨道谱122 3.5.3 中国轨道谱123 3.5.4 中国轨道谱与国外典型轨道谱的比较125 3.5.5 轨道随机不平顺时域样本的数值模拟方法128 参考文献131 第四章 车辆—轨道耦合动力学数值求解方法133 4.1 大型非线性动力学系统的数值求解问题133 4.2 大系统动态分析的新型快速数值积分方法135 4.2.1 新型快速显式积分法(翟方法)135 4.2.2 新型预测—校正积分法140 4.2.3 非线性问题的数值积分形式141 4.2.4 新型数值积分方法的数值精度考核142 4.2.5 结论145 4.3 复杂非线性问题计算稳定性的数值试验方法146 4.3.1 关于非线性系统的数值积分稳定性1464.3.2 数值试验方法146 4.4 新方法在车辆—轨道耦合动力学数值分析中的应用147 4.4.1 数值积分步长的确定148 4.4.2 轨道计算长度的确定149 4.4.3 钢轨模态阶数的确定150 参考文献150 第五章 车辆—轨道耦合动力学的计算机仿真153 5.1 车辆—轨道垂向相互作用仿真分析系统VICT153 5.1.1 VICT系统的结构153 5.1.2 VICT系统的仿真计算流程154 5.1.3 VICT系统的功能155 5.2 车辆—轨道空间耦合动力学仿真分析系统TTISIM156 5.2.1 TTISIM系统的结构156 5.2.2 TTISIM系统计算流程158 5.2.3 TTISIM系统的功能158 5.3 机车车辆在线路上动态运行行为的可视仿真160 参考文献164 第六章 车辆—轨道耦合动力学现场试验165 6.1 车辆—轨道耦合动力学现场试验方法165 6.1.1 车辆在线路上运行动力学现场试验方法165 6.1.2 车辆与轨道动态作用现场试验方法166 6.2 车辆在线路上动态运行行为的典型现场试验171 6.2.1 典型高速动车组车辆运行动力学试验171 6.2.2 典型货车车辆运行动力学试验176 6.3 车辆与轨道动态作用的典型现场试验179 6.3.1 秦沈客运专线高速列车轮轨动态作用现场试验179 6.3.2 大秦重载铁路万吨列车对轨道动态作用现场试验184 6.3.3 山区铁路(成渝线)小半径曲线轮轨动态相互作用现场试验186 参考文献191 第七章 车辆—轨道耦合动力学模型的试验验证192 7.1 车辆—轨道垂向统一模型的试验验证192 7.1.1 车辆振动的理论分析结果与试验结果对照192 7.1.2 轨道结构振动的理论分析结果与试验结果对照193 7.1.3 轮轨动作用力的理论分析结果与试验结果对照196 7.1.4 车辆—轨道垂向统一模型验证结论198 7.2 车辆—轨道空间耦合模型的试验验证198 7.2.1 京秦线时速200km提速试验验证198 7.2.2 秦沈客运专线高速试验验证202 7.2.3 货物列车直线段脱轨试验验证204 7.2.4 山区铁路小半径曲线轮轨动态作用试验验证205 7.2.5 车辆—轨道空间耦合模型验证结论206 参考文献206 第八章 车辆—轨道耦合模型与传统模型结果比较208 8.1 车辆运动稳定性计算结果的比较208 8.1.1 车辆运动稳定性的数值计算方法208 8.1.2 耦合模型与传统模型计算的临界速度结果比较209 8.1.3 小结211 8.2 车辆运行平稳性计算结果的比较211 8.3 车辆曲线通过性能计算结果的比较213 8.3.1 车辆低速通过小半径曲线时动力性能计算结果之比较213 8.3.2 车辆高速通过大半径曲线时动力性能计算结果之比较216 8.3.3 几点结论217 参考文献217 第九章 车辆—轨道耦合振动的基本特征219 9.1 车辆—轨道耦合系统的冲击响应219 9.1.1 垂向冲击振动响应219 9.1.2 横向冲击振动响应222 9.2 车辆—轨道耦合系统对谐波型激扰的振动响应224 9.2.1 垂向谐波振动响应224 9.2.2 横向谐波振动响应226 9.3 轨道动力型不平顺对车辆—轨道耦合振动的影响228 9.3.1 扣件失效的影响228 9.3.2 轨枕空吊的影响229 9.3.3 道床板结的影响229 9.4 车辆—轨道耦合系统随机振动响应230 9.4.1 车辆—轨道耦合系统随机振动分析方法230 9.4.2 车辆—轨道耦合系统随机振动响应特征231 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235 参考文献238 第十章 车辆—轨道耦合系统动力学性能评价240 10.1 车辆—轨道耦合系统动力学性能评价指标体系240 10.1.1 关于车辆运行安全性的评价240 10.1.2 关于车辆运行平稳性的评价241 10.1.3 关于车辆与轨道动态作用性能的评价241 10.1.4 车辆—轨道耦合系统动力学性能评价指标体系243 10.2 车辆运行安全性评价标准243 10.2.1 脱轨系数243 10.2.2 轮重减载率245 10.2.3 倾覆系数246 10.3 车辆运行平稳性评价标准246 10.3.1 车体振动加速度246 10.3.2 平稳性指标248 10.3.3 车辆通过曲线时的舒适度标准250 10.4 车辆与轨道动态作用性能评价标准250 10.4.1 轮轨垂向力250 10.4.2 轮轨横向力251 10.4.3 轮轴横向力251 10.4.4 线路横向稳定性系数252 10.4.5 轮轨接触应力252 10.4.6 道床应力252 10.4.7 路基应力253 参考文献253

在线试读
第*章 车辆—轨道耦合动力学导论 车辆—轨道耦合动力学作为一种全新的理论体系,是在什么样的背景下开展研究的 ?其学术思想是什么?它的研究范畴及研究方法又是怎样?本章将一一予以阐述。 1.1 车辆—轨道耦合动力学的研究背景铁路是交通运输的大动脉 ,对社会经济的发展起着十分重要的作用。铁路运输系统属轮轨接触式运输系统 (简称“轮轨系统”),铁道机车车辆(本书统称为“车辆 ”)和轨道是其核心组成部分,二者通过轮轨相互作用实现轮轨运输功能。轮轨相互作用是铁路运输区别于其他运输方式的本质特征 。长期以来 ,针对铁道车辆动力学和轨道结构振动问题的研究一直是分开进行的 ,由此形成了车辆动力学、轨道动力学两个相对独立的学科领域[1～6]。经典的车辆动力学 [1～3],以车辆系统为研究对象,将轨道结构视为“刚性支承基础”(即刚性固定边界 ),不考虑轨道系统振动对车辆系统的动态影响,而将轨面几何不平顺视为车辆系统的外部激扰 ,研究车辆在刚性轨面上的运动稳定性、运行安全性与平稳性 ,其基本模型如图1.1所示;经典的轨道动力学[4～6],常常将车辆简化为轨道系统的外部激振荷载 Peiωt(简谐变化的车辆荷载P定点激振或以车速v移动激振 ),分析轨道结构振动响应特性及变形特性,其基础模型如图1.2所示。通过世界各国铁路科学工作者的长期研究与实践 ,车辆动力学理论和轨道动力学理论日臻成熟 ,在车辆动力学模型、轮轨接触几何学、轮轨蠕滑理论、车辆运动稳定性、车辆曲线通过性能及轨道结构振动特性 、轨道受力与变形特性等方面取得了系统性研究成果 ,为揭示和认识车辆动力学性能、轨道动力特性奠定了理论基础,对铁路运输事业的发展起到了极大的推动作用 。现代轨道交通运输的飞速发展 ,特别是列车运行速度、运载重量和运输密度的大幅度提高 ,使得铁路车辆与轨道系统动力学问题更加突出,也更趋复杂。列车运行速度越高 ,车辆与轨道之间的动态相互作用越强,行车安全性与乘车舒适性问题越显突出 ,既要保证列车高速(快速)通过线路平纵断面曲线、道岔及桥头过渡段等关键路段时不颠覆 、不脱轨,又要保证机车车辆在线路激扰下能平稳运① 按 国际惯例,机车、车辆(包括客车和货车)常通称为“车辆”。 图1.1 经典的车辆动力学模型 图1.2 经典的轨道动力学模型 行、乘坐舒适;车辆运载重量越大,轮轨之间的动力作用越强,车辆对线路结构的动力破坏作用也越严重 ,必须*大限度地减轻轮轨之间的动力作用。总之,客运高速化 、货运重载化大大加剧了车辆与轨道的动态相互作用。中国铁路由于其自身特点及其发展需要导致了更为突出的车辆 /轨道相互作用问题。中国铁路长期处于高负荷运输状态 。一方面,路网密度极低,仅为欧美发达国家的 1/5～1/10;另一方面,运量大、运输密度高,居世界铁路之首。目前,中国铁路以 6的世界铁路营业里程,完成了世界铁路1/4的运量!就这样也只能满足社会需求的 60。而中国既有铁路网的运输模式一直是“客货共线”,即客、货列车在同一线路上运营 ,且既有铁路设计标准低。为了适应社会经济快速发展的需要 ,中国铁路还不得不在结构薄弱的轨道上反复提速,并发展重载货运。其结果是 ,在有效提高运能的同时,严重加剧了机车车辆与线路结构之间的动态相互作用 。一方面,列车对轨道的动力破坏作用加剧,直接影响线路结构疲劳寿命及养护维修成本 ;另一方面,线路几何变形及下沉增大,线路结构振动对列车系统的振动影响增强 ,从而恶化了列车运行动态环境;特别是,轮轨界面伤损及磨耗引发？ 2？车辆—轨道耦合动力学① “ 既有铁路”泛指原有的旧铁路(不包含新建的高速铁路)。 的振动冲击问题更显突出 ,导致轮轨动态安全问题突出。因此 ,深入细致地开展机车车辆与轨道系统动态相互作用研究,显得十分必要 。只有深刻认识车辆—轨道动态作用机制,掌握车辆与轨道系统相互作用规律 ,才有可能获得*大限度地减轻轮轨动力作用的途径,实现现代铁路机车车辆与轨道结构的*佳匹配设计 ,确保列车安全、平稳、高效运营。由于经典的车辆动力学 、轨道动力学理论体系采用的是将机车车辆和铁路轨道分离成两个相对独立的子系统的研究方法 ,不能解决上述复杂、大系统、动态相互作用问题,如机车车辆对轨道结构的动力作用问题 。在此背景下,作者于20世纪80年代末、90年代初提出了从车辆 、轨道整体系统的角度开展车辆—轨道耦合动力学研究的设想,并付诸实践 [7～12]。1991年,作者完成了博士学位论文《车辆—轨道垂向耦合动力学 》[7];1992年首次公开发表并阐述了车辆—轨道耦合动力学的基本原理[8];1993年在第十三届国际车辆系统动力学协会学术年会上宣读了相关研究论文并被收 入 《VehicleSystemDynamics》专刊[9];1997年,出版了本领域第*本学术专著《车辆 —轨道耦合动力学》(第*版)[12]。1 .2 车辆—轨道耦合动力学的学术思想概括地说 ,车辆—轨道耦合动力学的基本学术思想是,将车辆系统和轨道系统视为一个相互作用 、相互耦合的整体大系统,将轮轨相互作用关系作为连接这两个子系统的 “纽带”,综合考察车辆在弹性(阻尼)轨道结构上的动态运行行为、轮轨动态相互作用特性 ,以及车辆对线路的动力作用规律。事实上 ,铁道车辆与轨道是铁路轮轨运输系统中密不可分的两大组成部分,二者通过轮轨相互作用系统构成一个整体 ,如图1.3所示。车辆在轨道上的运动是一个复杂的动力学相互作用过程 ,牵涉众多因素,既有车辆方面的,又有轨道方面的 ,而且还相互渗透、互相影响。例如,轨道的几何变形会激起车辆系统振动,而车辆振动经由轮轨接触界面作用力的传递 ,又会引起轨道结构振动的加剧,反过来助长了轨道的几何变形 。可见,影响和控制这一动态相互作用行为的根源在于轮轨之间的动态作用力 。图 1.3 铁路轮轨运输系统构成？ 图1.4进一步诠释了车辆系统与轨道系统之间通过轮轨界面而形成的动态耦合作用机制 。在轮轨系统激扰下,轮轨之间的作用力将出现动态变化;轮轨动作用力向上传递引起车辆系统振动 ,向下传递致使轨道结构振动;而车辆系统中轮对的振动和轨道系统中钢轨的振动 ,将直接引起轮轨接触几何关系的动态变化 ;在轮轨接触点的法向平面上导致轮轨弹性压缩变形量的变化,从而进一步导致轮轨

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