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第一章 绪论1

第一节 我国轨道交通发展概况及动力学问题1

一、我国高速铁路发展概况1

二、我国重载运输发展概况6

三、既有铁路提速发展概况7

四、城市轨道交通发展概况9

第二节 轮轨系统动力学的发展概况12

一、轮轨系统动力学相关研究12

二、轮轨系统动力学发展概述15

三、随机振动理论及其在轨道振动分析中的应用17

第三节 车辆-轨道-路基系统动力学的研究内容19

课后习题22

第二章 轮轨关系23

第一节 轮轨接触几何关系23

一、轮对基本特征23

二、钢轨基本特征24

三、刚性轮对导向原理25

四、轮轨平面接触几何关系29

五、轮轨三维接触几何关系32

第二节 轮轨接触力学关系35

一、轮轨赫兹接触理论35

二、轮轨非赫兹接触理论38

三、轮轨蠕滑与蠕滑率38

四、线性蠕滑理论43

五、非线性蠕滑理论45

课后习题47

第三章 车辆振动分析方法48

第一节 车辆构造及振动形态48

一、转向架49

二、轮对及走行原理52

三、弹簧装置53

四、减振装置55

五、车辆振动形态57

六、坐标系定义及车辆振动自由度58

第二节 车辆垂向振动分析模型59

一、单自由度车辆垂向振动模型59

二、二自由度车辆垂向振动模型64

三、应用哈密顿原理建立车辆振动方程66

第三节 车辆横向振动分析模型74

一、摇动台的等效横向刚度75

二、车体滚摆自由振动75

第四节 车辆空间振动分析模型76

一、分离体平衡法77

二、哈密顿原理78

三、矩阵组装法81

第五节 车辆蛇行运动82

一、自由轮对蛇行运动83

二、刚性转向架的蛇行运动85

三、弹性转向架的蛇行运动86

第六节 车辆动态曲线通过88

一、自由轮对曲线通过89

二、转向架曲线通过91

三、车辆非线性动态曲线通过95

四、影响曲线通过的因素95

课后习题96

第四章 轨道振动分析方法97

第一节 轨道结构97

一、钢轨97

二、轨枕98

三、扣件100

四、有砟道床100

五、无砟道床102

六、轨道结构模型化105

第二节 轨道垂向振动分析模型105

一、轨道垂向振动集总参数模型105

二、连续弹性支承叠合梁轨道模型108

三、连续弹性点支承梁轨道模型110

四、弹性点支承轨道模型有限元法求解111

五、弹性点支承轨道垂向振动模态法求解116

第三节 轨道垂向振动特性稳态解122

一、无阻尼轨道双层叠合梁模型振动解析解122

二、有阻尼轨道双层叠合梁模型振动解析解125

三、轨道垂向振动共振频率特性分析126

第四节 轨道垂向振动频域解127

一、振动分析中的时频转换127

二、振动系统的传递函数与脉冲响应129

三、轨道系统的传递函数131

第五节 移动荷载作用下的轨道振动特性133

一、连续弹性基础上单层梁轨道模型133

二、轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法135

第六节 轨道横向振动计算模型139

一、轨道横向振动分析模型139

二、连续弹性轨道横向振动求解140

第七节 轨道纵向振动计算模型143

一、轨道纵向振动分析模型143

二、连续弹性轨道纵向振动求解144

课后习题145

第五章 路基振动分析方法147

第一节 路基构造147

一、路基本体147

二、过渡段151

第二节 道床及路基的振动参数计算153

一、散粒结构参振质量及刚度的近似计算方法153

二、道床路基的振动参数计算156

第三节 路基振动分析的分层建模方法158

一、路基分层叠合梁模型158

二、分层叠合梁模型的求解方法160

第四节 路基振动分析的有限单元建模方法163

一、平面应变问题的有限单元方法163

二、平面应力问题的有限单元方法165

三、空间有限单元建模方法165

四、道床与路基无拉应力模型167

五、道床应力的随机有限元分析168

第五节 路基振动分析的其他建模方法169

一、离散元模型169

二、弹性半无限空间建模方法171

课后习题173

第六章 轮轨系统耦合振动分析方法174

第一节 车辆-轨道垂向耦合振动分析模型174

一、车辆-轨道垂向耦合振动平面模型174

二、车辆-轨道垂向耦合振动空间模型179

三、车辆-轨道-路基垂向耦合模型180

第二节 车辆-轨道空间耦合振动分析模型182

一、半车-轨道空间耦合振动模型183

二、全车-轨道空间耦合振动模型184

第三节 轮轨系统激振源185

一、脉冲激励模型185

二、谐波激励模型190

三、动力激励模型192

四、随机激励模型193

第四节 连续支承轨道耦合模型的导纳法求解199

一、单轮-连续支承梁轨道模型的求解199

二、转向架-连续支承轨道模型的求解201

第五节 车辆-轨道垂向耦合振动模型的频域求解203

一、全车-轨道垂向耦合平面模型振动方程的组建203

二、半车-轨道垂向耦合空间模型振动方程的组建205

三、半车-轨道垂向耦合空间模型的频域求解208

第六节 半车-轨道空间耦合振动模型的时域求解212

一、模型特点描述及变量选择212

二、系统动能、势能、虚功及振动方程的组建213

三、振动方程的求解方法及过程217

课后习题224

第七章 轮轨系统动力学软件简介225

第一节 Universal Mechanism225

一、概述225

二、软件架构和模块组成225

三、UM铁道车辆动力学仿真实例227

第二节 ADAMS232

一、概述232

二、ADAMS/Rail233

三、ADAMS /Rail运用实例235

第三节 ANSYS/LS-DYNA244

一、概述244

二、ANSYS/LS-DYNA功能概述244

三、ANSYS/LS-DYNA应用实例246

第四节 SIMPACK249

一、概述249

二、SIMPACK在铁道行业的应用249

三、SIMPACK轮轨模块特点250

四、SIMPACK应用实例251

第五节 TWINS256

一、概述256

二、TWINS原理介绍257

课后习题259

参考文献261