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第一章 机车车辆动力学基本理论和方法1

1.1机车车辆动力学研究对象1

1.1.1机车车辆的基本特点及组成1

1.1.2轨道线路的基本特点及轨道不平顺4

1.2机车车辆动力学分析思路及流程9

1.3机车车辆多刚体动力学模型建立方法10

1.3.1多刚体动力学基础知识11

1.3.2牛顿-欧拉法14

1.3.3达朗贝尔原理16

1.3.4虚功原理及动能和势能16

1.3.5拉格朗日分析力学20

1.3.6哈密顿正则方程22

1.4机车车辆动力学求解方法24

1.4.1凯恩方法24

1.4.2振型叠加法27

1.4.3直接积分法29

1.4.4辛数学方法36

1.5理论模型的系统分析方法41

1.5.1阻尼对振动衰减的影响41

1.5.2幅频特性分析43

1.5.3频谱分析47

1.6机车车辆非线性动力学相关理论53

1.6.1非线性动力学的几个历史性突破53

1.6.2非线性振动与分岔理论57

1.6.3混沌59

参考文献63

第二章 轮轨滚动接触理论64

2.1轮轨滚动接触理论体系和架构64

2.2轮轨接触几何关系66

2.2.1轮轨基本特征及轮轨接触参数66

2.2.2轮轨接触几何求解方法75

2.2.3轮轨三维接触几何求解方法78

2.3轮轨蠕滑理论92

2.3.1黏着及蠕滑现象93

2.3.2蠕滑率的求解95

2.4轮轨法向接触理论96

2.4.1 Hertz接触理论的适用条件97

2.4.2椭圆接触斑的确定98

2.4.3 Hertz接触条件下的法向力计算99

2.4.4 non-Hertz接触条件下的法向力计算102

2.5轮轨滚动接触经典理论106

2.5.1轮轨滚动接触理论发展历程106

2.5.2 Kalker线性蠕滑率/力模型107

2.5.3 Johnson-Vermeulen无自旋三维滚动接触模型110

2.5.4 Kalker的FASTSIM算法110

2.5.5 Polach非线性滚动接触理论113

2.5.6经验公式117

2.6三维滚动接触问题求解方法118

2.6.1经典滚动接触理论的局限性118

2.6.2基于有限元法的轮轨接触力学120

2.6.3基于有限元参数二次规划法的接触理论122

2.6.4非稳态滚动接触力学124

2.7考虑接触表面特性的轮轨接触问题分析方法125

2.7.1表面温度对摩擦系数的影响问题126

2.7.2表面粗糙度对蠕滑力的影响研究126

2.7.3微观水平下的轮轨接触力分析方法128

2.8轮轨滚动接触摩擦管理思路和方法132

2.8.1轮轨黏着132

2.8.2轮轨磨耗135

2.8.3摩擦管理137

参考文献139

第三章 机车车辆垂向动力学142

3.1机车车辆自由振动142

3.1.1机车车辆简化的单自由度垂向振动模型143

3.1.2机车车辆简化的两自由度垂向振动模型147

3.2机车车辆强迫振动150

3.2.1机车车辆简化的单自由度强迫振动模型150

3.2.2机车车辆简化的两自由度强迫振动模型152

3.3机车车辆随机振动155

3.3.1随机振动基础155

3.3.2机车车辆的垂向随机振动分析模型160

3.4高速客车垂向振动响应的数值求解方法165

3.5车辆垂向振动对轨道结构动力性能的影响171

3.5.1车辆垂向振动影响轨道结构动力性能评定标准171

3.5.2轮轨动态作用力的影响因素分析172

参考文献173

第四章 机车车辆的横向运行稳定性174

4.1车辆蛇行运动与自激振动机理174

4.1.1机车车辆的蛇行运动174

4.1.2机车车辆的自激振动机理180

4.2车辆横向运行稳定性仿真分析方法185

4.2.1车辆横向运行稳定性线性分析方法185

4.2.2车辆横向运行稳定性非线性分析方法193

4.3车辆的蛇行失稳极限环分岔形式209

4.3.1机车车辆系统常微分方程的分岔209

4.3.2机车车辆Hopf分岔形式及影响因素212

4.4高速车辆横向运行稳定性评价方法217

4.4.1高速车辆稳定性评价方法案例比较分析218

4.4.2高速车辆稳定性评价方法的新建议226

4.5提高机车车辆横向运行稳定性的方法228

4.5.1合理的轴箱定位刚度228

4.5.2设置抗蛇行减振器和横向减振器228

4.5.3选择合理的车轮踏面斜率230

4.5.4其他方法230

参考文献232

第五章 机车车辆曲线通过分析方法233

5.1蠕滑力导向机理233

5.1.1轮对通过曲线时的纯滚线233

5.1.2曲线通过时作用在轮对上的蠕滑力234

5.1.3蠕滑力导向机理236

5.2车辆稳态曲线通过分析方法237

5.2.1线性稳态曲线通过238

5.2.2非线性稳态曲线通过243

5.3车辆动态曲线通过分析方法248

5.3.1轨道模型249

5.3.2蠕滑力-蠕滑率模型250

5.3.3轮对动态曲线通过的运动方程251

5.3.4转向架及车体动态曲线通过的运动方程255

5.4径向转向架257

5.4.1自导向径向转向架257

5.4.2迫导向径向转向架258

5.4.3动力学特性分析模型及运动方程259

5.5独立轮对261

5.5.1独立轮对的结构及特点261

5.5.2自调节独立轮对的导向原理262

5.6车辆曲线通过性能评价方法265

5.6.1轮对与轨道间的横向力266

5.6.2脱轨系数266

5.6.3离心加速度266

5.6.4冲角267

5.6.5磨耗数和磨耗指数267

参考文献268

第六章 机车车辆脱轨安全性269

6.1脱轨类型及原因分析269

6.1.1脱轨的过程及其分类269

6.1.2脱轨原因及影响因素273

6.2脱轨仿真研究276

6.2.1对准静态爬轨过程的仿真研究277

6.2.2高频轮重变化对脱轨影响的仿真研究278

6.2.3对蛇行失稳导致脱轨过程的仿真研究279

6.2.4动态脱轨过程的仿真研究281

6.3脱轨试验研究287

6.3.1脱轨试验简介287

6.3.2日本狩胜试验线上的货车脱轨试验289

6.3.3中国的货物列车脱轨试验292

6.3.4意大利实心车轴单轮对脱轨试验294

6.4现行脱轨评价方法297

6.4.1车辆爬轨脱轨准则297

6.4.2 JNR以及EMD的脱轨系数持续时间指标303

6.4.3由轨距扩大或钢轨翻转引起的脱轨的评价准则305

6.5脱轨评价新方法307

6.5.1根据车轮抬升量评判车辆脱轨的方法与准则307

6.5.2车辆脱轨安全评判的动态限度308

6.5.3列车脱轨能量随机分析理论309

6.5.4三维准静态脱轨准则的研究309

6.5.5高速列车动态脱轨评价方法311

6.6脱轨预防措施311

6.6.1车辆设计方面312

6.6.2轨道设计方面312

6.6.3运用维护方面312

参考文献313

第七章 机车车辆动力学性能试验技术316

7.1试验方案设计316

7.1.1试验的必要性316

7.1.2试验方案选择317

7.1.3试验条件317

7.1.4试验线路的选定319

7.1.5试验主要参数319

7.2试验方案实施329

7.2.1一般方法及原理330

7.2.2测试用传感器331

7.2.3测点布置339

7.2.4测试设备339

7.2.5测试流程341

7.3试验数据采集与处理方法341

7.3.1数据采集342

7.3.2数据检验343

7.3.3数据的统计处理方法348

7.4试验结果评判标准350

7.4.1车辆安全性评判标准351

7.4.2轨道疲劳355

7.4.3平稳性（舒适性）评判标准357

参考文献364

第八章 机车车辆动力学新发展366

8.1刚柔耦合系统动力学366

8.1.1机车车辆刚柔耦合系统建模方法367

8.1.2机车车辆刚柔体系统动力学应用实例372

8.2主动及半主动控制技术377

8.2.1主动及半主动控制技术的控制原理377

8.2.2主动及半主动控制技术在机车车辆性能优化中的应用380

8.3机车车辆状态监测及故障诊断技术394

8.3.1机车车辆监测诊断技术的发展趋势395

8.3.2状态监测及故障诊断方法395

8.3.3机车车辆故障诊断技术应用实例398

8.4高速铁路大系统耦合研究体系及其系统建模406

8.4.1高速列车耦合大系统的基本构成406

8.4.2高速列车耦合大系统的功能410

8.4.3高速列车耦合大系统服役模拟研究413

8.5优化技术在机车车辆中的应用415

8.5.1车轮型面优化的研究进展416

8.5.2遗传算法在机车车辆动力学性能优化中的应用422

参考文献426