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第一章 铁路计算机仿真技术的发展和基本要素1

第一节 引言1

一、计算机仿真的定义1

二、铁路计算机仿真分析的主要特点2

第二节　计算机仿真技术的类型2

一、虚拟产品开发技术2

二、虚拟现实技术3

三、控制系统仿真4

四、多学科耦合仿真4

五、计算机仿真技术流程4

第三节　计算机仿真平台5

一、计算机仿真硬件5

二、常用计算机仿真商业化软件7

第四节 铁路计算机自编仿真软件的开发10

一、车桥耦合动力学分析10

二、列车纵向动力学分析12

第二章 列车—线路系统计算机仿真技术13

第一节　基本理论与方法13

一、有限元法13

二、非线性问题的物理意义和数学模型19

三、网格划分的基本原则21

四、轨道不平顺及其数学描述21

五、轮轨接触理论35

第二节　高速铁路平纵断面设计优化48

一、仿真计算软件及模型验证48

二、350km/h高速铁路线路设计优化51

第三节　列车—轨道—路基耦合系统动力学61

一、列车—轨道仿真模型的建立61

二、列车—轨道耦合系统分析64

三、温度场作用对轨道结构的影响分析71

四、列车—道岔耦合动力学分析84

五、列车—轨道—路基动力学分析87

第三章 桥梁的力学行为计算机仿真技术93

第一节　列车—桥梁耦合系统动力学仿真93

一、列车—桥梁耦合系统动力学仿真模型的建立93

二、仿真模型的验证102

三、重要动力学参数的选择108

四、桥梁共振仿真分析111

五、桥梁动力学性能分析实例116

第二节 高速列车—轨道—曲线桥耦合系统动力学120

一、耦合系统仿真模型的建立120

二、高速列车—有砟轨道—曲线桥耦合系统动力性能131

三、耦合系统动力性能影响因素分析133

四、高速列车—无砟轨道—曲线桥耦合系统动力性能138

第三节　桥梁非线性地震响应分析141

一、基本理论141

二、地震振动方程及地震地面运动模拟142

三、桥梁地震反应的非线性效应分析方法145

四、高速铁路采用橡胶支座高架桥的空间地震反应147

五、高架简支梁桥非线性碰撞地震反应168

第四节　大跨度桥梁抗风分析182

一、脉动风场的模拟原理183

二、作用于桥梁的风荷载185

三、工程应用实例186

第五节　复合结构桥梁性能188

一、复合结构桥梁概述188

二、钢管混凝土拱桥稳定性189

三、组合结构桥梁中栓钉剪力键受力特性193

四、组合结构桥梁接合刚度197

五、混凝土徐变对钢—混凝土组合结构桥梁长期性能影响201

六、连续复合刚构桥墩梁刚性节点的仿真205

七、基于曲率模态法的桥梁结构损伤识别214

第四章 车辆系统计算机仿真技术220

第一节　列车纵向动力学220

一、列车纵向动力学仿真计算基本模型220

二、重载列车纵向动力学方程的数值解法223

三、重载组合列车Locotrol装备的原理及数学模型225

四、软件主要功能和特点226

五、大秦线重载运输仿真计算227

第二节　车辆和转向架的虚拟制造技术243

一、虚拟样机制造技术研究现况与发展趋势243

二、客车转向架的虚拟样机技术247

三、货车转向架的虚拟样机技术253

四、新型空气弹簧的数字设计研究265

五、200km/h动车组动力学性能271

六、虚拟技术在现代铁道机车车辆发展中的应用展望280

第三节　铁道车辆大型碰撞问题281

一、铁道车辆碰撞数字仿真研究现状281

二、薄壁方管吸能特性的数字模拟283

三、PAM-CRASH软件功能290

四、城轨车辆耐碰撞结构设计291

第五章 列车气动力学计算机仿真技术313

第一节　列车气动力学概述313

一、列车气动力学的重要性313

二、列车气动力学问题探讨313

三、列车气动力学研究方法及概况315

四、仿真技术现状及发展趋势317

第二节　列车气动力学仿真319

一、气动力学的研究方法319

二、稳态流动下的SIMPLE方法319

三、瞬态流动下的SIMPLE方法323

四、移动网格技术323

五、STARCD软件主要特点325

第三节　计算模型的建立326

一、模型的选取和简化原则326

二、计算车型327

三、列车行驶环境的确定和坐标系的建立330

四、数值模拟边界条件的确定331

第四节　列车外流场331

一、列车外部压力场研究331

二、列车外部流场研究336

第五节　列车风342

一、流线型车体列车风基本特征342

二、钝头型车体列车风基本特征349

第六节　列车过隧道和交会问题354

一、隧道压力波基本特征355

二、列车交会压力波基本特征357

第六章 轮轨滚动噪声计算仿真技术361

第一节　铁路噪声声源及传播规律361

一、铁路噪声声源361

二、铁路噪声传播特性及规律概述362

第二节　轮轨滚动噪声仿真分析模型366

一、未考虑轨枕的模型366

二、考虑轨枕的模型367

三、激励模型367

四、车轮模型368

五、轨道模型368

六、轮轨接触模型369

七、轮轨及轨枕振动响应计算模型369

八、轮轨和轨枕噪声辐射模型369

第三节　振动分析369

一、车轮振动369

二、钢轨振动372

三、接触区振动374

第四节　辐射分析377

一、基本概念377

二、辐射模型378

第五节　噪声仿真分析算例381

一、轮轨噪声分析381

二、路堤轨道滚动噪声分析383

第七章 牵引供电系统及弓网受流系统计算机仿真技术392

第一节　牵引供电系统仿真392

一、牵引供电系统模型392

二、牵引供电系统模型求解方法393

三、牵引供电系统能力仿真计算393

四、牵引接触网电流及其对通信线干扰的仿真计算398

五、牵引负荷对电力系统影响的仿真计算399

六、牵引计算工程实例399

第二节　接触网—受电弓相互作用仿真407

一、接触网—受电弓系统的受流特点407

二、弓网受流系统必须符合的基本条件407

三、研究解决接触网方法408

四、接触网和受电弓模型的建立408

五、接触网和受电弓系统仿真计算工程实例413

第八章　铁路运输组织系统计算机仿真技术422

第一节　运输组织优化理论422

一、动态规划理论422

二、动态规划模型的建立与求解424

第二节　网络流及其应用425

一、网络流与最大流最小截集定理425

二、最大流的算法426

三、最小费用最大流问题427

第三节　铁路运输组织仿真分析428

一、运输组织基本理论428

二、列车开行方案编制理论431

三、车站技术作业仿真434

四、列车区间运行仿真438

第四节　铁路货物运输装载加固方案仿真442

一、装载加固方案冲击试验仿真计算442

二、长钢轨运输装载加固方案线路运行仿真计算445

参考文献451