列车-轨道-基础结构动力相互作用：理论模型与数值算法

1 绪论
1.1 列车-轨道-基础结构动力相互作用问题
1.2 TTS动力相互作用研究现状
1.2.1 列车-轨道动力相互作用
1.2.2 列车-轨道-桥梁动力相互作用
1.2.3 列车-轨道路基（隧道）动力相互作用
1.3 TTS动力相互作用模拟的一般方法
1.4 TTS动力相互作用模型的应用范畴
2 列车-轨道动力相互作用模型
2.1 列车-轨道系统动力相互作用基本原理
2.2 列车系统建模
2.2.1 列车系统惯性力做功负值
2.2.2 列车系统弹性变形能
2.2.3 列车系统阻尼力做功负值
2.2.4 列车过曲线时的附加力计算
2.3 轨道系统建模
2.3.1 有限单元的刚度矩阵一般导式
2.3.2 无砟轨道
2.3.3 有砟轨道
2.4 轮轨动态接触模拟及其耦合方法
2.4.1 轮轨刚性接触
2.4.2 轮轨弹性接触-Ⅰ类模型
2.4.3 轮轨弹性接触-Ⅱ类模型
2.5 列车-轨道系统荷载列阵
3 轨下基础结构系统建模
3.1 轨下结构系统介绍
3.2 路基系统
3.3 桥梁系统
3.3.1 连续梁桥
3.3.2 简支梁桥
3.3.3 桥墩
3.4 隧道系统
3.4.1 隧道管片单元矩阵
3.4.2 隧道管节单元矩阵
3.4.3 隧道系统矩阵集成
4 列车-轨道系统与基础结构系统耦合方法
4.1 矩阵耦合法
4.1.1 列车-轨道-路基系统
4.1.2 列车-轨道-桥梁系统
4.2 动力迭代法
4.2.1 多步长迭代算法
4.2.2 迭代分析算例
5 TTS动力相互作用系统激励源随机模拟技术
5.1 轨道不平顺几何激励模拟
5.1.1 轨道不平顺的随机场描述
5.1.2 功率谱密度函数表征
5.1.3 轨道不平顺概率模型
5.1.4 轨道不平顺随机模型
5.1.5 用于轨道不平顺模拟的时频转换方法
5.2 参数激励模拟
5.2.1 DEM-FDM联合仿真模型
5.2.2 道床支承刚度的数值仿真
6 TTS动力相互作用的数值仿真技术
6.1 循环计算方法
6.1.1 针对车辆-轨道系统的循环计算方法
6.1.2 针对列车-轨道系统的循环计算方法
6.2 数值积分方法
6.2.1 Wilson-θ法
6.2.2 Newmark-β法
6.2.3 Zhai方法
6.3 TTS系统动力仿真平台构造
6.3.1 子模块1：列车-轨道系统动力相互作用模型
6.3.2 子模块2：基础结构系统有限单元模型
6.3.3 子模块3：车线系统与基础结构系统动力耦合
6.3.4 子模块4：系统常见随机激励源的模拟及统计分布表征
6.3.5 子模块5：TTS系统时域数值积分及用于长距离计算的循环计算方法
7 TTS动力相互作用模型适用性分析
7.1 不同轮轨接触模式下车辆和轨道系统响应结果对比
7.1.1 轨道不平顺激励形式
7.1.2 高行车速度响应
7.1.3 低行车速度响应
7.2 不同基础结构支承下的系统动力学响应
7.2.1 桥梁
7.2.2 路基
7.2.3 隧道
7.3 主要结论
8 TTS动力相互作用问题分析
8.1 不同动力模型的矩阵形成及求解差异
8.2 轮轨接触几何及应力计算问题
8.2.1 轮轨空间接触几何参数
8.2.2 轮轨接触应力计算
8.2.3 数值算例
8.3 曲线通过
8.3.1 不同轮轨接触模型的对比分析
8.3.2 不同曲线半径及超高角响应对比
8.4 基础结构变形
8.4.1 路基沉降引起轨道结构几何变形的数值计算方法
8.4.2 计算流程
8.4.3 数值算例
8.5 轮轨高频振动
8.5.1 结构频率响应函数分析
8.5.2 轮轨瞬态滚动接触有限元模型
9 TTS系统随机振动分析
9.1 TTS系统随机几何激励响应分析
9.1.1 Karhunen-Loeve分解
9.1.2 熵的计算
9.1.3 数值算例
9.2 TTS系统随机参数激励响应分析
9.2.1 不同概率分布的影响
9.2.2 参数不均匀和随机不平顺的动力学影响比较
9.2.3 基本结论
9.3 TTS系统动力可靠度计算
9.3.1 概率密度演化方法
9.3.2 可靠度计算
9.3.3 数值分析
9.3.4 基本结论
附录A 其他车型动力学矩阵
A.1 六轴机车
A.2 重载货车
附录B 板单元质量矩阵
B.1 薄板单元质量矩阵
B.2 中厚板单元质量矩阵
B.3 实体单元质量矩阵
附录C 板单元刚度矩阵
C.1 薄板单元刚度矩阵
C.2 中厚板单元刚度矩阵
C.3 实体单元刚度矩阵
附录D 钢轨-混凝土相互作用刚度矩阵
D.1 薄板单元
D.2 中厚板单元
D.3 实体单元
附录E 混凝土板-路基相互作用刚度矩阵
附录F 轮轨接触几何及蠕滑力
F.1 轮轨接触点绝对速度计算
F.2 接触点的轮轨相对速度计算
F.3 接触点蠕滑率计算
F.4 接触点蠕滑系数计算
F.5 轮轨蠕滑力计算
附录G 轮轨重力刚度及角刚度
附录H 轮轨法向力
附录I 隧道系统空间等参单元
附表1 接触椭圆各参数与p/r的关系
附表2 适用于具有椭圆接触区线性理论的蠕滑系数Gij