机车车辆轨道系统动力学

《列车-轨道-路基系统动力学》是在刘学毅教授所著的《列车-轨道-路基系统动力学》的基础上，参考众多车辆动力学、轨道动力学以及轮轨系统动力学书籍、论文等文献，面向道路与铁道工程专业研究生编写而成，主要包括车辆构造与车辆动力学、轨道构造与轨道动力学、路基构造与路基动力学、轮轨关系、车辆-轨道-路基系统动力学、常用动力学软件的介绍等内容。《列车-轨道-路基系统动力学》重点在于动力学模型的建立与求解过程，由于系统动力学应用方面的研究资料众多，该书难以全面覆盖，可参考相关领域的专著。通过阅读该书，可了解系统动力学的一般建模与求解方法，结合本领域特定研究问题可对模型灵活改进以适应不同专业问题的研究。

赵坪锐，男，（1978.11-），山东胶南人，副教授，专业方向为高速重载轨道结构与轨道动力学，主要从事铁路轨道结构与动力学方面的教学与研究工作。

刘学毅，男，四川中江人，教授，长期致力于轮轨系统动力学与高速、重载轨道结构及其维护等方面的研究。在轮轨系统动力特性、无砟轨道结构、高速道岔结构、轨道变形失效理论与维修技术等方面，有着较丰富的研究经历和较高的学术水平。

第一章 绪论

第一节 我国轨道交通发展概况及动力学问题

一、我国高速铁路发展概况

二、我国重载运输发展概况

三、既有铁路提速发展概况

四、城市轨道交通发展概况

第二节 轮轨系统动力学的发展概况

一、轮轨系统动力学相关研究

二、轮轨系统动力学发展概述

三、随机振动理论及其在轨道振动分析中的应用

第三节 车辆-轨道-路基系统动力学的研究内容

课后习题

第二章 轮轨关系

第一节 轮轨接触几何关系

一、轮对基本特征

二、钢轨基本特征

三、刚性轮对导向原理

四、轮轨平面接触几何关系

五、轮轨三维接触几何关系

第二节 轮轨接触力学关系

一、轮轨赫兹接触理论

二、轮轨非赫兹接触理论

三、轮轨蠕滑与蠕滑率

四、线性蠕滑理论

五、非线性蠕滑理论

课后习题

第三章 车辆振动分析方法

第一节 车辆构造及振动形态

一、转向架

二、轮对及走行原理

三、弹簧装置

四、减振装置

五、车辆振动形态

六、坐标系定义及车辆振动自由度

第二节 车辆垂向振动分析模型

一、单自由度车辆垂向振动模型

二、二自由度车辆垂向振动模型

三、应用哈密顿原理建立车辆振动方程

第三节 车辆横向振动分析模型

一、摇动台的等效横向刚度

二、车体滚摆自由振动

第四节 车辆空间振动分析模型

一、分离体平衡法

二、哈密顿原理

三、矩阵组装法

第五节 车辆蛇行运动

一、自由轮对蛇行运动

二、刚性转向架的蛇行运动

三、弹性转向架的蛇行运动

第六节 车辆动态曲线通过

一、自由轮对曲线通过

二、转向架曲线通过

三、车辆非线性动态曲线通过

四、影响曲线通过的因素

课后习题

第四章 轨道振动分析方法

第一节 轨道结构

一、钢轨

二、轨枕

三、扣件

四、有砟道床

五、无砟道床

六、轨道结构模型化

第二节 轨道垂向振动分析模型

一、轨道垂向振动集总参数模型

二、连续弹性支承叠合梁轨道模型

三、连续弹性点支承梁轨道模型

四、弹性点支承轨道模型有限元法求解

五、弹性点支承轨道垂向振动模态法求解

第三节 轨道垂向振动特性稳态解

一、无阻尼轨道双层叠合梁模型振动解析解

二、有阻尼轨道双层叠合梁模型振动解析解

三、轨道垂向振动共振频率特性分析

第四节 轨道垂向振动频域解

一、振动分析中的时频转换

二、振动系统的传递函数与脉冲响应

三、轨道系统的传递函数

第五节 移动荷载作用下的轨道振动特性

一、连续弹性基础上单层梁轨道模型

二、轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

第六节 轨道横向振动计算模型

一、轨道横向振动分析模型

二、连续弹性轨道横向振动求解

第七节 轨道纵向振动计算模型

一、轨道纵向振动分析模型

二、连续弹性轨道纵向振动求解

课后习题

第五章 路基振动分析方法

第一节 路基构造

一、路基本体

二、过渡段

第二节 道床及路基的振动参数计算

一、散粒结构参振质量及刚度的近似计算方法

二、道床路基的振动参数计算

第三节 路基振动分析的分层建模方法

一、路基分层叠合梁模型

二、分层叠合梁模型的求解方法

第四节 路基振动分析的有限单元建模方法

一、平面应变问题的有限单元方法

二、平面应力问题的有限单元方法

三、空间有限单元建模方法

四、道床与路基无拉应力模型

五、道床应力的随机有限元分析

第五节 路基振动分析的其他建模方法

一、离散元模型

二、弹性半无限空间建模方法

课后习题

第六章 轮轨系统耦合振动分析方法

第一节 车辆-轨道垂向耦合振动分析模型

一、车辆-轨道垂向耦合振动平面模型

二、车辆-轨道垂向耦合振动空间模型

三、车辆-轨道-路基垂向耦合模型

第二节 车辆-轨道空间耦合振动分析模型

一、半车-轨道空间耦合振动模型

二、全车-轨道空间耦合振动模型

第三节 轮轨系统激振源

一、脉冲激励模型

二、谐波激励模型

三、动力激励模型

四、随机激励模型

第四节 连续支承轨道耦合模型的导纳法求解

一、单轮-连续支承梁轨道模型的求解

二、转向架-连续支承轨道模型的求解

第五节 车辆-轨道垂向耦合振动模型的频域求解

一、全车-轨道垂向耦合平面模型振动方程的组建

二、半车-轨道垂向耦合空间模型振动方程的组建

三、半车-轨道垂向耦合空间模型的频域求解

第六节 半车-轨道空间耦合振动模型的时域求解

一、模型特点描述及变量选择

二、系统动能、势能、虚功及振动方程的组建

三、振动方程的求解方法及过程

课后习题

第七章 轮轨系统动力学软件简介

第一节 Universal Mechanism

一、概述

二、软件架构和模块组成

三、UM铁道车辆动力学仿真实例

第二节 ADAMS

一、概述

二、ADAMS/Rail

三、ADAMS/Rail运用实例

第三节 ANSYS/LS-DYNA

一、概述

二、ANSYS/LS-DYNA功能概述

三、ANSYS/LS-DYNA应用实例

第四节 SIMPACK

一、概述

二、SIMPACK在铁道行业的应用

三、SIMPACK轮轨模块特点

四、SIMPACK应用实例

第五节 TWINS

一、概述

二、TWINS原理介绍

课后习题

参考文献 2100433B