地鐵車輛-軌道耦合動力學解析方法：直線&曲線/勻速&變速

前言

第1章 緒論 1
1.1 軌道交通環境微振動 1
1.2 車輛-軌道耦合動力學在交通環境影響分析中的特點 2
1.3 車輛-軌道耦合動力學研究的發展 3
1.3.1 車輛與軌道相互作用研究歷史回顧 4
1.3.2 列車曲線運行的輪軌相互作用研究 12
1.3.3 列車加減速運行車輛-軌道耦合動力回應研究 16
1.4 北京交通大學軌道減振與控制課題組研究進展 17

第2章 軌道系統動力學頻域解析 19
2.1 線性系統動力回應的基本表達 19
2.1.1 脈衝回應函數 19
2.1.2 系統動力回應的Duhamel積分 20
2.1.3 傳遞函數 21
2.1.4 響函 22
2.1.5 固定激勵下的頻率響應 23
2.1.6 移動激勵的頻率響應 24
2.1.7 簡諧移動激勵響應函數 25
2.1.8 移動簡諧荷載作用下週期結構回應傳遞特性 26
2.2 軌道模型解析的頻響傳遞矩陣方法 28
2.2.1 軌道結構的力學模型 28
2.2.2 移動荷載下軌梁動力回應的廣義Duhamel積分法 30
2.2.3 移動荷載下週期結構的回應 31
2.2.4 軌道結構的頻響傳遞矩陣 33
2.3 移動簡諧荷載作用下軌道結構動力回應的求解 43
2.4 案例解析 48
2.4.1 固定點脈衝荷載下的軌道頻響函數 48
2.4.2 勻速移動荷載作用下的動力回應解析 51
2.4.3 移動簡諧荷載作用下軌道結構動力回應分析 52

第3章 車輛-軌道動力耦合頻域解析模型 56
3.1 車輛動力學方程 56
3.2 輪軌接觸點的軌梁柔度矩陣 59
3.3 普通道床軌道鋼軌上輪軌接觸點柔度矩陣的求解 60
3.4 軌道不平順 63
3.5 車輛-軌道的耦合及系統回應的求解 67
3.5.1 輪軌接觸耦合 67
3.5.2 總輪軌力的求解 68
3.5.3 車輛動力回應的求解 69
3.5.4 軌道動力回應的求解 69
3.6 軌下基礎振動力的求解 71
3.7 模型驗證 73
3.8 基於無限-週期結構理論的車輛-軌道耦合動力分析軟體簡介 76
3.8.1 軟體計算步驟 78
3.8.2 軟體典型計算結果 78
3.9 案例分析 79
3.9.1 軌梁柔度係數 80
3.9.2 准靜態軸重作用下軌道結構振動回應 83
3.9.3 諧波不平順輸人下軌道結構振動回應 84
3.9.4 隨機不平順輸人下車輛-軌道耦合體系的回應 85

第4章 浮置板軌道車輛-軌道耦合頻域解析模型 88
4.1 軌道 88
4.2 浮置板軌道動力回應的模態疊加法 88
4.2.1 驗證 92
4.2.2 模型的收斂特性及移動簡諧荷載作用下的軌道回應 93
4.3 列車-浮置板軌道頻域動力耦合模型 99
4.3.1 車輛-軌道動力耦合模型的建立及求解基本思路 99
4.3.2 軌道軌柔度矩陣 100
4.4 列車-浮置板軌道動力相互作用模擬軟體簡介 102
4.4.1 軟體概述 102
4.4.2 軟體計算步驟及流程圖 103
4.4.3 軟體典型計算結果 104
4.5 案例分析 105
4.5.1 計算模型參數 105
4.5.2 浮置板軌道車輛-軌道耦合系統的動力分析 105
4.5.3 軌梁柔度係數的討論 107
4.5.4 准靜態軸重作用下軌道結構振動回應 109
4.5.5 諧波不平順輸人下軌道結構振動回應 111
4.5.6 隨機不平順輸人下車輛-浮置板軌道耦合體系的回應 112

第5章 曲線軌道車輛-軌道耦合頻域解析模型 117
5.1 曲經軌道車輛-軌道耦合頻域解析模型的建立及求解思路 117
5.2 曲線梁靜力平衡方程 118
5.3 基於Euler-Bemoulli梁模型的曲線軌梁動力回應求解 120
5.3.1 曲線軌梁動力學平衡方程 120
5.3.2 曲線軌道軌梁動力回應頻域數學模態疊加法 122
5.3.3 移動簡諧荷載作用下曲線軌梁動力回應求解 123
5.4 基於Timoshenko梁模型的曲線軌梁動力回應求解 127
5.5 車輛及動力方 134
5.5.1 物理模型 134
5.5.2 車輛運動方程 137
5.5.3 車輛、輪對及左右輪柔度矩陣 145
5.6 曲線軌道輪軌接觸點軌梁柔度矩陣 151
5.6.1 輪軌接觸點軌梁柔度矩陣 151
5.6.2 曲線軌道輪軌接觸點軌梁柔度係數 153
5.7 輪軌耦合關係 156
5.7.1 輪軌垂向耦合關係 156
5.7.2 輪軌橫向耦合關係 156
5.8 車輛-軌道耦合及系統動力回應的求解 159
5.8.1 車輛-軌道耦合及動態輪軌力的求解 159
5.8.2 車輛-軌道總輪軌力的求解 160
5.8.3 車輛動力回應的求解 160
5.8.4 軌道動力回應的求解 161
5.8.5 支點反力求解 164
5.8.6 曲線軌道車輛-軌道耦合頻域解析模型分析程式簡介 165
5.9 模型驗證 167
5.9.1 軌梁柔度係數驗證 167
5.9.2 車輛蛇形運動對比分析 168
5.10 曲線軌道結構振動的模型計算結果與實測結果對照分析 171
5.11 案例分析 176
5.11.1 靜態軸重 176
5.11.2 隨機不平順激勵 179

第6章 變速移動列車作用下軌道動力回應頻域解析研究 183
6.1 變速移動荷載作用下軌道動力回應解析解 183
6.1.1 半無限空間連續體任意一點的時頻域動力表達 183
6.1.2 軌道結構上任意一點的頻域動力表達 184
6.1.3 系列變速移動荷載作用下軌道結構動力回應的頻域表達 188
6.1.4 算例分析 190
6.2 變速移動列車作用下軌道動力回應解析研究 192
6.2.1 軌道結構柔度係數函數 192
6.2.2 軌道不順 193
6.3 變速段地鐵減振軌道動力學特性參數分析 194

第7章 加減速運行列車-曲線軌道動力回應分析 202
7.1 加減速移動荷載作用時軌道動力回應的穩態回應疊加法 202
7.2 加速移動荷載作用下曲線軌道動力回應案例分析 206
7.3 加減速行駛列車-曲線軌道耦合頻域解析模型 210
7.4 案例分析 210
7.4.1 列車加速運行時回應特性分析 210
7.4.2 列車減速運行時回應特性分析 213
參考文獻 217