目錄
“軌道交通科技攻關學術著作繫列”序
序
前言
章 機車車輛動力學基本理論和方法 1
1.1 機車車輛動力學研究對像 1
1.1.1 機車車輛的基本特點及組成 1
1.1.2 軌道線路的基本特點及軌道不平順 4
1.2 機車車輛動力學分析思路及流程 9
1.3 機車車輛多剛體動力學模型建立方法 10
1.3.1 多剛體動力學基礎知識 11
1.3.2 牛頓-歐拉法 14
1.3.3 達朗貝爾原理 16
1.3.4 虛功原理及動能和勢能 16
1.3.5 拉格朗日分析力學 20
1.3.6 哈密頓正則方程 22
1.4 機車車輛動力學求解方法 24
1.4.1 凱恩方法 24
1.4.2 振型疊加法 27
1.4.3 直接積分法 29
1.4.4 辛數學方法 36
1.5 理論模型的繫統分析方法 41
1.5.1 阻尼對振動衰減的影響 41
1.5.2 幅頻特性分析 43
1.5.3 頻譜分析 47
1.6 機軍車輛非線性動力學相關理論 53
1.6.1 非線性動力學的幾個歷史性突破 53
1.6.2 非線性振動與分岔理論 57
1.6.3 混沌 59
參考文獻 63
第二章 輪軌滾動接觸理論 64
2.1 輪軌滾動接觸理論體繫和架構 64
2.2 輪軌接觸幾何關繫 66
2.2.1 輪軌基本特征及輪軌接觸參數 66
2.2.2 輪軌接觸幾何求解方法 75
2.2.3 輪軌三維接觸幾何求解方法 78
2.3 輪軌蠕滑理論 92
2.3.1 帶著及蠕滑現像 93
2.3.2 蠕滑率的求解 95
2.4 輪軌法向接觸理論 96
2.4.1 Hertz接觸理論的適用條件 97
2.4.2 橢圓接觸斑的確定 98
2.4.3 Hertz接觸條件下的法向力計算 99
2.4.4 non-Hertz接觸條件下的法向力計算 102
2.5 輪軌滾動接觸經典理論 106
2.5.1 輪軌滾動接觸理論發展歷程 106
2.5.2 Kalker線性蠕滑率/力模型 107
2.5.3 Johnson-Vermeulen無自旋三維滾動接觸模型 110
2.5.4 Kalker的FASTSIM算法 110
2.5.5 Polach 非線性滾動接觸理論 113
2.5.6 經驗公式 117
2.6 三維滾動接觸問題求解方法 118
2.6.1 經典滾動接觸理論的局限性 118
2.6.2 基法的輪軌接觸力學 120
2.6.3 基參數二次規劃法的接觸理論 122
2.6.4 非穩態滾動接觸力學 124
2.7 考慮接觸表面特性的輪軌接觸問題分析方法 125
2.7.1 表面溫度對摩擦繫數的影響問題 126
2.7.2 表面粗糙度對蠕滑力的影響研究 126
2.7.3 微觀水平下的輪軌接觸力分析方法 128
2.8 輪軌滾動接觸摩擦管理思路和方法 132
2.8.1 輪軌秸著 132
2.8.2 輪軌磨耗 135
2.8.3 摩擦管理 137
參考文獻 139
第三章 機車車輛垂向動力學 142
3.1 機車車輛自由振動 142
3.1.1 機車幸輛簡化的單自由度垂向振動模型 143
3.1.2 機車車輛簡化的兩自由度垂向振動模型 147
3.2 機車車輛強迫振動 150
3.2.1 機草草輛簡化的單自由度強迫振動模型 150
3.2.2 機車車輛簡化的兩自由度強迫振動模型 152
3.3 機車車輛隨機振動 155
3.3.1 隨機振動基礎 155
3.3.2 機車車輛的垂向隨機振動分析模型 160
3.4 高速客車垂向振動響應的數值求解方法 165
3.5 車輛垂向振動對軌道結構動力性能的影響 171
3.5.1 車輛垂向振動影響軌道結構動力性能評定標準 171
3.5.2 輪軌動態作用力的影響因素分析 172
參考文獻 173
第四章 機車車輛的橫向運行穩定性 174
4.1 車輛蛇行運動與自激振動機理 174
4.1.1 機軍車輛的蛇行運動 174
4.1.2 機車車輛的自激振動機理 180
4.2 車輛橫向運行穩定性仿真分析方法 185
4.2.1 牢輛橫向運行穩定性線性分析方法 185
4.2.2 車輛橫向運行穩定性非線性分析方法
4.3 車輛的蛇行失穩極限環分岔形式 209
4.3.1 機幸車輛繫統常微分方程的分岔 209
4.3.2 機車車輛Hopf分岔形式及影響因素 212
4.4 高速車輛橫向運行穩定性評價方法 217
4.4.1 高速車輛穩定性評價方法案例比較分析 218
4.4.2 高速車輛穩定性評價方法的新建議 226
4.5 提高機車車輛橫向運行穩定性的方法 228
4.5.1 合理的軸箱定位剛度 228
4.5.2 設置抗蛇行減振器和橫向減振器 228
4.5.3 選擇合理的車輪踏面斜率 230
4.5.4 其他方法 230
參考文獻 232
第五章 機車車輛曲線通過分析方法 233
5.1 蠕滑力導向機理 233
5.1.1 輪對通過曲線時的純滾線 233
5.1.2 曲線通過時作用在輪對上的蠕滑力 234
5.1.3 蠕滑力導向機理 236
5.2 幸輛穩態曲線通過分析方法 237
5.2.1 線性穩態曲線通過 238
5.2.2 非線性穩態曲線通過 243
5.3 幸輛動態曲線通過分析方法 248
5.3.1 軌道模型 249
5.3.2 蠕滑力-蠕滑率模型 250
5.3.3 輪對動態曲線通過的運動方程 251
5.3.4 轉向架及車體動態曲線通過的運動方程 255
5.4 徑向轉向架 257
5.4.1 自導向徑向轉向架 257
5.4.2 迫導向徑向轉向架 258
5.4.3 動力學特性分析模型及運動方程 259
5.5 獨立輪對 261
5.5.1 獨立輪對的結構及特點 261
5.5.2 自調節獨立輪對的導向原理 262
5.6 車輛曲線通過性能評價方法
5.6.1 輪對與軌道間的橫向力 266
5.6.2 脫軌繫數 266
5.6.3 離心加速度 266
5.6.4 衝角 267
5.6.5 磨耗數和磨耗指數 267
參考文獻 268
第六章 機車車輛脫軌安全性 269
6.1 脫軌類型及原因分析 269
6.1.1 脫軌的過程及其分類 269
6.1.2 脫軌原因及影響因素 273
6.2 脫軌仿真研究 276
6.2.1 對準靜態爬軌過程的仿真研究 277
6.2.2 高頻輪重變化對脫軌影響的仿真研究 278
6.2.3 對蛇行失穩導致脫軌過程的仿真研究 279
6.2.4 動態脫軌過程的仿真研究 281
6.3 脫軌試驗研究 287
6.3.1 脫軌試驗簡介 287
6.3.2 日本持勝試驗線上的貨車脫軌試驗 289
6.3.3 中國的貨物列車脫軌試驗 292
6.3.4 意大利實心軍軸單輪對脫軌試驗 294
6.4 現行脫軌評價方法 297
6.4.1 車輛爬軌脫軌準則 297
6.4.2 JNR以及EMD的脫軌繫數持續時間指標 303
6.4.3 由軌距擴大或鋼軌翻轉引起的脫軌的評價準則 305
6.5 脫軌評價新方法 307
6.5.1 根據車輪抬升量評判車輛脫軌的方法與準則 307
6.5.2 車輛脫軌安全評判的動態限度 308
6.5.3 列車脫軌能量隨機分析理論 309
6.5.4 三維準靜態脫軌準則的研究 309
6.5.5 高速列車動態脫軌評價方法 311
6.6 脫軌預防措施 311
6.6.1 車輛設計方面 312
6.6.2 軌道設計方面 312
6.6.3 運用維護方面 312
參考文獻 313
第七章 機車車輛動力學性能試驗技術 316
7.1 試驗方案設計 316
7.1.1 試驗的必要性 316
7.1.2 試驗方案選擇 317
7.1.3 試驗條件 317
7.1.4 試驗線路的選定 319
7.1.5 試驗主耍參數 319
7.2 試驗方案實施 329
7.2.1 一般方法及原理 330
7.2.2 測試用傳感器
7.2.3 測點布置 339
7.2.4 測試設備 339
7.2.5 測試流程 341
7.3 試驗數據采集與處理方法 341
7.3.1 數據采集 342
7.3.2 數據檢驗 343
7.3.3 數據的統計處理方法 348
7.4 試驗結果評判標準 350
7.4.1 車輛安全性評判標準 351
7.4.2 軌道疲勞 355
7.4.3 平穩性(舒適性)評判標準 357
參考文獻 364
第八章 機車車輛動力學新發展 366
8.1 剛柔搞合繫統動力學 366
8.1.1 機車車輛剛柔搞合繫統建模方法 367
8.1.2 機軍車輛剛柔體繫統動力學應用實例 372
8.2 主動及半主動控制技術 377
8.2.1 主動及半主動控制技術的控制原理 377
8.2.2 主動及半主動控制技術在機車車輛性能優化中的應用 380
8.3 機車車輛狀態監測及故障診斷技術 394
8.3.1 機車車輛監測診斷技術的發展趨勢 395
8.3.2 狀態監測及故障診斷方法 398
8.3.3 機車車輛故障診斷技術應用實例 398
8.4 高速鐵路大繫統藕合研究體繫及其繫統建模 406
8.4.1 高速列車禍合大繫統的基本構成 406
8.4.2 高速列車搞合大繫統的功能 410
8.4.3 高速列車搞合大繫統服役模擬研究 413
8.5 優化技術在機車軍輛中的應用 415
8.5.1 車輪型面優化的研究進展 416
8.5.2 遺傳算法在機車車輛動力學性能優化中的應用 422
參考文獻 426