列車-軌道-基礎結構動力相互作用：理論模型與數(shù)值算法

1 緒論
1.1 列車-軌道-基礎結構動力相互作用問題
1.2 TTS動力相互作用研究現(xiàn)狀
1.2.1 列車-軌道動力相互作用
1.2.2 列車-軌道-橋梁動力相互作用
1.2.3 列車-軌道路基（隧道）動力相互作用
1.3 TTS動力相互作用模擬的一般方法
1.4 TTS動力相互作用模型的應用范疇
2 列車-軌道動力相互作用模型
2.1 列車-軌道系統(tǒng)動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)阻尼力做功負值
2.2.4 列車過曲線時的附加力計算
2.3 軌道系統(tǒng)建模
2.3.1 有限單元的剛度矩陣一般導式
2.3.2 無砟軌道
2.3.3 有砟軌道
2.4 輪軌動態(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 軌下基礎結構系統(tǒng)建模
3.1 軌下結構系統(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)與基礎結構系統(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動力相互作用系統(tǒng)激勵源隨機模擬技術
5.1 軌道不平順幾何激勵模擬
5.1.1 軌道不平順的隨機場描述
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 軌道不平順隨機模型
5.1.5 用于軌道不平順模擬的時頻轉換方法
5.2 參數(shù)激勵模擬
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動力相互作用的數(shù)值仿真技術
6.1 循環(huán)計算方法
6.1.1 針對車輛-軌道系統(tǒng)的循環(huán)計算方法
6.1.2 針對列車-軌道系統(tǒng)的循環(huán)計算方法
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)動力仿真平臺構造
6.3.1 子模塊1：列車-軌道系統(tǒng)動力相互作用模型
6.3.2 子模塊2：基礎結構系統(tǒng)有限單元模型
6.3.3 子模塊3：車線系統(tǒng)與基礎結構系統(tǒng)動力耦合
6.3.4 子模塊4：系統(tǒng)常見隨機激勵源的模擬及統(tǒng)計分布表征
6.3.5 子模塊5：TTS系統(tǒng)時域數(shù)值積分及用于長距離計算的循環(huán)計算方法
7 TTS動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)響應結果對比
7.1.1 軌道不平順激勵形式
7.1.2 高行車速度響應
7.1.3 低行車速度響應
7.2 不同基礎結構支承下的系統(tǒng)動力學響應
7.2.1 橋梁
7.2.2 路基
7.2.3 隧道
7.3 主要結論
8 TTS動力相互作用問題分析
8.1 不同動力模型的矩陣形成及求解差異
8.2 輪軌接觸幾何及應力計算問題
8.2.1 輪軌空間接觸幾何參數(shù)
8.2.2 輪軌接觸應力計算
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對比
8.4 基礎結構變形
8.4.1 路基沉降引起軌道結構幾何變形的數(shù)值計算方法
8.4.2 計算流程
8.4.3 數(shù)值算例
8.5 輪軌高頻振動
8.5.1 結構頻率響應函數(shù)分析
8.5.2 輪軌瞬態(tài)滾動接觸有限元模型
9 TTS系統(tǒng)隨機振動分析
9.1 TTS系統(tǒng)隨機幾何激勵響應分析
9.1.1 Karhunen-Loeve分解
9.1.2 熵的計算
9.1.3 數(shù)值算例
9.2 TTS系統(tǒng)隨機參數(shù)激勵響應分析
9.2.1 不同概率分布的影響
9.2.2 參數(shù)不均勻和隨機不平順的動力學影響比較
9.2.3 基本結論
9.3 TTS系統(tǒng)動力可靠度計算
9.3.1 概率密度演化方法
9.3.2 可靠度計算
9.3.3 數(shù)值分析
9.3.4 基本結論
附錄A 其他車型動力學矩陣
A.1 六軸機車
A.2 重載貨車
附錄B 板單元質量矩陣
B.1 薄板單元質量矩陣
B.2 中厚板單元質量矩陣
B.3 實體單元質量矩陣
附錄C 板單元剛度矩陣
C.1 薄板單元剛度矩陣
C.2 中厚板單元剛度矩陣
C.3 實體單元剛度矩陣
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 輪軌接觸點絕對速度計算
F.2 接觸點的輪軌相對速度計算
F.3 接觸點蠕滑率計算
F.4 接觸點蠕滑系數(shù)計算
F.5 輪軌蠕滑力計算
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