列車-軌道-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用：理論模型與數(shù)值算法

1 緒論
1.1 列車-軌道-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題
1.2 TTS動(dòng)力相互作用研究現(xiàn)狀
1.2.1 列車-軌道動(dòng)力相互作用
1.2.2 列車-軌道-橋梁動(dòng)力相互作用
1.2.3 列車-軌道路基（隧道）動(dòng)力相互作用
1.3 TTS動(dòng)力相互作用模擬的一般方法
1.4 TTS動(dòng)力相互作用模型的應(yīng)用范疇
2 列車-軌道動(dòng)力相互作用模型
2.1 列車-軌道系統(tǒng)動(dòng)力相互作用基本原理
2.2 列車系統(tǒng)建模
2.2.1 列車系統(tǒng)慣性力做功負(fù)值
2.2.2 列車系統(tǒng)彈性變形能
2.2.3 列車系統(tǒng)阻尼力做功負(fù)值
2.2.4 列車過曲線時(shí)的附加力計(jì)算
2.3 軌道系統(tǒng)建模
2.3.1 有限單元的剛度矩陣一般導(dǎo)式
2.3.2 無砟軌道
2.3.3 有砟軌道
2.4 輪軌動(dòng)態(tài)接觸模擬及其耦合方法
2.4.1 輪軌剛性接觸
2.4.2 輪軌彈性接觸-Ⅰ類模型
2.4.3 輪軌彈性接觸-Ⅱ類模型
2.5 列車-軌道系統(tǒng)荷載列陣
3 軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建模
3.1 軌下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)介紹
3.2 路基系統(tǒng)
3.3 橋梁系統(tǒng)
3.3.1 連續(xù)梁橋
3.3.2 簡支梁橋
3.3.3 橋墩
3.4 隧道系統(tǒng)
3.4.1 隧道管片單元矩陣
3.4.2 隧道管節(jié)單元矩陣
3.4.3 隧道系統(tǒng)矩陣集成
4 列車-軌道系統(tǒng)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耦合方法
4.1 矩陣耦合法
4.1.1 列車-軌道-路基系統(tǒng)
4.1.2 列車-軌道-橋梁系統(tǒng)
4.2 動(dòng)力迭代法
4.2.1 多步長迭代算法
4.2.2 迭代分析算例
5 TTS動(dòng)力相互作用系統(tǒng)激勵(lì)源隨機(jī)模擬技術(shù)
5.1 軌道不平順幾何激勵(lì)模擬
5.1.1 軌道不平順的隨機(jī)場描述
5.1.2 功率譜密度函數(shù)表征
5.1.3 軌道不平順概率模型
5.1.4 軌道不平順隨機(jī)模型
5.1.5 用于軌道不平順模擬的時(shí)頻轉(zhuǎn)換方法
5.2 參數(shù)激勵(lì)模擬
5.2.1 DEM-FDM聯(lián)合仿真模型
5.2.2 道床支承剛度的數(shù)值仿真
6 TTS動(dòng)力相互作用的數(shù)值仿真技術(shù)
6.1 循環(huán)計(jì)算方法
6.1.1 針對車輛-軌道系統(tǒng)的循環(huán)計(jì)算方法
6.1.2 針對列車-軌道系統(tǒng)的循環(huán)計(jì)算方法
6.2 數(shù)值積分方法
6.2.1 Wilson-θ法
6.2.2 Newmark-β法
6.2.3 Zhai方法
6.3 TTS系統(tǒng)動(dòng)力仿真平臺(tái)構(gòu)造
6.3.1 子模塊1：列車-軌道系統(tǒng)動(dòng)力相互作用模型
6.3.2 子模塊2：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有限單元模型
6.3.3 子模塊3：車線系統(tǒng)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力耦合
6.3.4 子模塊4：系統(tǒng)常見隨機(jī)激勵(lì)源的模擬及統(tǒng)計(jì)分布表征
6.3.5 子模塊5：TTS系統(tǒng)時(shí)域數(shù)值積分及用于長距離計(jì)算的循環(huán)計(jì)算方法
7 TTS動(dòng)力相互作用模型適用性分析
7.1 不同輪軌接觸模式下車輛和軌道系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果對比
7.1.1 軌道不平順激勵(lì)形式
7.1.2 高行車速度響應(yīng)
7.1.3 低行車速度響應(yīng)
7.2 不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支承下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)
7.2.1 橋梁
7.2.2 路基
7.2.3 隧道
7.3 主要結(jié)論
8 TTS動(dòng)力相互作用問題分析
8.1 不同動(dòng)力模型的矩陣形成及求解差異
8.2 輪軌接觸幾何及應(yīng)力計(jì)算問題
8.2.1 輪軌空間接觸幾何參數(shù)
8.2.2 輪軌接觸應(yīng)力計(jì)算
8.2.3 數(shù)值算例
8.3 曲線通過
8.3.1 不同輪軌接觸模型的對比分析
8.3.2 不同曲線半徑及超高角響應(yīng)對比
8.4 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形
8.4.1 路基沉降引起軌道結(jié)構(gòu)幾何變形的數(shù)值計(jì)算方法
8.4.2 計(jì)算流程
8.4.3 數(shù)值算例
8.5 輪軌高頻振動(dòng)
8.5.1 結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)函數(shù)分析
8.5.2 輪軌瞬態(tài)滾動(dòng)接觸有限元模型
9 TTS系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析
9.1 TTS系統(tǒng)隨機(jī)幾何激勵(lì)響應(yīng)分析
9.1.1 Karhunen-Loeve分解
9.1.2 熵的計(jì)算
9.1.3 數(shù)值算例
9.2 TTS系統(tǒng)隨機(jī)參數(shù)激勵(lì)響應(yīng)分析
9.2.1 不同概率分布的影響
9.2.2 參數(shù)不均勻和隨機(jī)不平順的動(dòng)力學(xué)影響比較
9.2.3 基本結(jié)論
9.3 TTS系統(tǒng)動(dòng)力可靠度計(jì)算
9.3.1 概率密度演化方法
9.3.2 可靠度計(jì)算
9.3.3 數(shù)值分析
9.3.4 基本結(jié)論
附錄A 其他車型動(dòng)力學(xué)矩陣
A.1 六軸機(jī)車
A.2 重載貨車
附錄B 板單元質(zhì)量矩陣
B.1 薄板單元質(zhì)量矩陣
B.2 中厚板單元質(zhì)量矩陣
B.3 實(shí)體單元質(zhì)量矩陣
附錄C 板單元?jiǎng)偠染仃?br /> C.1 薄板單元?jiǎng)偠染仃?br /> C.2 中厚板單元?jiǎng)偠染仃?br /> C.3 實(shí)體單元?jiǎng)偠染仃?br />附錄D 鋼軌-混凝土相互作用剛度矩陣
D.1 薄板單元
D.2 中厚板單元
D.3 實(shí)體單元
附錄E 混凝土板-路基相互作用剛度矩陣
附錄F 輪軌接觸幾何及蠕滑力
F.1 輪軌接觸點(diǎn)絕對速度計(jì)算
F.2 接觸點(diǎn)的輪軌相對速度計(jì)算
F.3 接觸點(diǎn)蠕滑率計(jì)算
F.4 接觸點(diǎn)蠕滑系數(shù)計(jì)算
F.5 輪軌蠕滑力計(jì)算
附錄G 輪軌重力剛度及角剛度
附錄H 輪軌法向力
附錄I 隧道系統(tǒng)空間等參單元
附表1 接觸橢圓各參數(shù)與p/r的關(guān)系
附表2 適用于具有橢圓接觸區(qū)線性理論的蠕滑系數(shù)Gij