您好,欢迎来到聚文网。 登录 免费注册
高速铁路轨道动力学

高速铁路轨道动力学

  • 字数: 40000
  • 装帧: 精装
  • 出版社: 科学出版社
  • 作者: Xiaoyan Lei
  • 出版日期: 2017-08-01
  • 商品条码: 9787030534866
  • 版次: 1
  • 开本: 其他
  • 页数: 414
  • 出版年份: 2017
定价:¥198 销售价:登录后查看价格  ¥{{selectedSku?.salePrice}} 
库存: {{selectedSku?.stock}} 库存充足
{{item.title}}:
{{its.name}}
精选
内容简介
本书是以雷晓燕教授为学科带头人带领的课题组二十余年来关于轨道动力学理论与应用研究成果的系统总结。研究内容属现代铁路轨道动力学理论中的前沿问题,涉及车辆-轨道耦合系统动力学理论、模型、算法与工程应用。全书共分十一章,内容包括:轨道结构动力分析内容及其界限值,轨道结构动力分析的连续弹性基础梁模型,轨道结构动力分析的傅里叶变换法,高架轨道结构动力特性分析,轨道不平顺功率谱及数值模拟,车辆-轨道耦合系统动力分析模型,车辆-轨道耦合系统动力分析的交叉迭代算法,动轮单元模型及算法,轨道单元和车辆单元模型及算法,车辆-轨道耦合系统动力分析的移动单元法,列车通过轨道过渡段时动力响应分析。
作者简介
Xiaoyan Lei is a professor and doctoral supervisor of East China Jiaotong University, chair professor of Jiangxi Jinggang Scholars, and director of Railway Environmental  Vibration  and  Noise  Engineering Research Center of the Ministry of Education.   He received his Ph.D. degree in solid mechanics from Tsinghua University in 1989. He served as a visiting scholar at University of Innsbruck, Austria,during 1991-1994, a visiting professor at Kyushu Institute of Technology, Japan, in 2001, and a senior research fellow at the University of Kentucky, USA, in 2007. He has been awarded many academic titles including the first- and second-rank talents of the National Talents Project, the leading personnel of key disciplines and technologies of Jiangxi Province and  the leading talent of Jiangxi Ganpo Talent Candidates 555 Program. His academic positions include the senior member of American Society of Mechanical Engineers (ASME), executive director of China Communication and Transportation Association, director general of Theoretical and Applied Mechanics Society of Jiangxi Province, and deputy director general of Railway Society of Jiangxi Province. In addition, he works as the editorial member of Journal of the China Railway Society, Journal of Railway Science and Engineering, Journal of Urban Mass  Transit,  Journal  of  Transportation  Engineering  and  Information,International Journal of Rail Transportation, Journal of Civil Engineering Architecture, and Education Research Monthly.
目录
Contents
1 Track Dynamics Research Contents and Related Standards 1
1.1 A Review of Track Dynamics Research 1
1.2 Track Dynamics Research Contents 6
1.3 Limits for Safety and Riding Quality and Railway Environmental Standards 7
1.3.1 Safety Limit for Regular Trains 7
1.3.2 Riding Quality Limits for Regular Trains 8
1.3.3 Safety and Riding Quality Limit for Rising Speed Trains 10
1.3.4 Railway Noise Standards in China 11
1.3.5 Railway Noise Standards in Foreign Countries 11
1.3.6 Noise Limit for Railway Locomotives and Passenger Trains in China 12
1.3.7 Environmental Vibration Standards in China’s Urban Areas 14
1.3.8 Limit for Building Vibration Caused by Urban Mass Transit 18
1.4 Standards of Track Maintenance for High-Speed Railway 19
1.4.1 Standards of Track Maintenance for French High-Speed Railway 20
1.4.2 Standards of Track Maintenance and Management for Japanese Shinkansen High-Speed Railway 20
1.4.3 Standards of Track Maintenance and Management for German High-Speed Railway 21
1.4.4 Standards of Track Maintenance and Management for British High-Speed Railway 23
1.4.5 The Measuring Standards of Track Geometry for Korean High-Speed Railway (Dynamic) 24
1.4.6 Standards of Track Maintenance for Chinese 25
1.4.7 The Dominant Frequency Range and Sensitive Wavelength of European High-Speed Train and Track Coupling System 25
1.5 Vibration Standards of Historic Building Structures 28
2 Analytic Method for Dynamic Analysis of the Track Structure 37
2.1 Studies of Ground Surface Wave and Strong Track Vibration Induced by High-Speed Train 37
2.1.1 The Continuous Elastic Beam Model of Track Structure 38
2.1.2 Track Equivalent Stiffness and Track Foundation Elasticity Mociulus 40
2.1.4 Analysis of Strong Track Vibration 41
2.2Effects of Track Stiffness Abrupt Change on Track Vibration 44
2.2.1 Track Vibration Model in Consideration of Track Irregularity and Stiffness Abrupt Change Under Moving Loads 44
2.2.2 The Reasonable Distribution of the Track Stiffness in Transition 53
3 Fourier Transform Method for Dynamic Analysis of the Track Structure 57
3.1 Model of Single-Layer Continuous Elastic Beam for the Track Structure 57
3.1.1 Fourier Transform 58
3.1.2 Inverse Discrete Fourier Transform 60
3.1.3 Definition of Inverse Discrete Fourier Transform in MATLAB 61
3.2 Model of Double-Layer Continuous Elastic Beam for the Track Structure 62
3.3 Analysis of High-Speed Railway Track Vibration and Track Critical Velocity 64
3.3.1 Analysis of the Single-Layer Continuous Elastic Beam Model 64
3.3.2 Analysis of Double-Layer Continuous Elastic Beam Model 66
3.4 Vibration Analysis of Track for Railways with Mixed Passenger and Freight Traffic 86
3.4.1 Three-Layer Continuous Elastic Beam Model of Track Structure 86
3.4.2 Numerical Simulation of Track Random Irregularity 87
3.4.3 Fourier Transform for Solving Three-Layer Continuous Elastic Beam Model of Track Structure 89
3.5 Vibration Analysis of Ballast Track with Asphalt Trackbed Over Soft Subgrade 94
3.5.1 Four-Layer Continuous Elastic Beam Model of Track Structure 95
3.5.2 Fourier Transform for Solving Four-Layer Continuous Elastic Beam Model of Track Structure 96
3.5.3 Vibration Analysis of Ballast Track with Asphalt Trackbed Over Soft Subgrade 99
References 105
4 Analysis of Vibration Behavior of the Elevated Track Structure 107
4.1 Basic Concept of Admittance 107
4.1.1 Definition of Admittance 107
4.1.2 Computational Method of Admittance 108
4.1.3 Basic Theory of Harmonic Response Analysis 109
4.2 Analysis of Vibration Behavior of the Elevated Bridge Structure 110
4.2.1 Analytic Beam Model 111
4.2.2 Finite Element Model 115
4.2.3 Comparison Between Analytic Model and Finite Element Model of the Elevated Track-Bridge 116
4.2.4 The Influence of the Bridge Bearing Stiffness 117
4.2.5 The Influence of the Bridge Cross Section Model 117
4.3 Analysis of Vibration Behavior of the Elevated Track Structure 120
4.3.1 Analytic Model of the Elevated Track-Bridge System 120
4.3.2 Finite Element Model 124
4.3.3 Damping of the Bridge Structure 124
4.3.4 Parameter Analysis of the Elevated Track-Bridge System 127
4.4 Analysis of Vibration Attenuation Behavior of the Elevated Track Structure 131
4.4.1 The Attenuation Rate of Vibration Transmission 131
4.4.2 Attenuation Coefficient of Rail Vibration 135 References 136
5 Track Irregularity Power Spectrum and Numerical Simulation 137
5.1 Basic Concept of Random Process 138
5.1.1 Stationary Random Process 139
5.1.2 Ergodic 140
5.2 Random Irregularity Power Spectrum of the Track Structure 140
5.2.1 American Track Irregularity Power Spectrum 141
5.2.2 Track Irregularity Power Spectrum for German High-Speed Railways [5] 142
5.2.3 Japanese Track Irregularity Sato Spectrum 143
5.2.4 Chinese Trunk Track Irregularity Spectrum 14
摘要
    Chapter 1 Track Dynamics Research Contents and Related Standards

    With increasing train speed, axle loads, traffic density, and the wider engineering applications of new vehicles and track structures, the interaction between vehicle and track has become more complex. Accordingly, the train running safety and stability are more affected by increased dynamic stresses. Dynamic loads acted on the tracks by vehicles fall into three categories: moving axle loads, dynamic loads of fixed points, and moving dynamic loads. Axle loads, due to their moving loading points, are dynamic loads for the track-subgrade-ground system, though irrelevant to the vehicle dynamics and constant in size. As soon as the speed of moving axle loads approaches the critical velocity of the track, the track is subjected to violent vibration. Dynamic loads of fixed points come from the impacts of vehicles passing by the fixed irregularity on track, such as rail joints, the welding slag of continuously welded rail and turnout frogs. Moving dynamic loads are induced by wheel-rail contact irregularities. The dynamics analysis of the train-track system lays a good foundation for investigating the complicated wheel-rail relationship and interaction mechanism, which provides essential references for guiding and optimizing vehicle and track structure designs.

    1.1 A Review of Track Dynamics Research

    Up to the present, scholars both at home and abroad have achieved a wealth of research findings about the establishment of track dynamics models and numerical methods. Studies on track dynamics models have experienced a development process from simple to complex. Historically, moving loads and vehicle structures have been the earliest practical issues in structure dynamics, especially in the train-track system. Knothe and Grassie [1–3] published several papers concerning track dynamics and vehicle-track interaction in frequency domain. Mathews [4, 5] found out solutions to the dynamic problems of any moving loads on infinite elastic foundation beam by means of Fourier transform method (FTM) and the moving coordinate system. The Fourier transform method (FTM), as a method of frequency domain analysis, was applied by Trochanis [6], Ono and Yamada [7] in some related studies. Jezequel [8] simplified the track structure into infinite Euler–Bernoulli beam on elastic foundation, regarding the train loads as concentrated force of uniform motion and considering its rotation and transverse shear effects. Through modal superposition, Timoshenko [9] figured out the governing differential equation for moving loads on simply supported beams in time domain, while Warburton solved this equation by using analytical methods, and he also proved the deflection of beams would reach a maximum under moving loads at a certain speed [10]. Cai et al. [11], by modal superposition, studied the dynamic response of infinite beams over periodic bearings under moving loads.

    All the above-mentioned studies have considered the track beam as the continuum and solved governing differential equations through analytical methods. Though simple, these approaches are not feasible for multi-DOF (degree of freedom) vehicle-track system, which have provided limited significance in track dynamics. In recent years, the finite element method (FEM) has been widely applied in practical engineering projects. FEM involves formulating element matrix and deriving finite element equations by discretizing the track structure into finite elements and assuming the displacement function for each element. Venancio Filho [12] reviewed how FEM had been used as a numerical method for analyzing dynamic response by moving loads on homogeneous beams. It can be seen that FEM is a popular solution to problems concerning the train-track dynamics. Olsson [13] applied the FEM to explore the effects of different vehicle models, vibration modes, and track surface irregularities and adopted the slab and column elements to simulate bridge vibration problems. Fryba [14] put forward stochastic finite element analysis method for uniform moving loads on elastic foundation beams. Thambiratnam and Zhuge established a finite element analysis model for elastic simply supported beams of any length [15, 16]. Nielsen and Igeland [17] setup a finite element model integrating bogies, rails, sleepers, and subgrades into a whole, analyzing such influence factors as the rail wear, wheel flat and sleeper dangling by applying the complex mode superposition. Zheng and Fan [18] studied stability problems of the train-track system. Koh et al. [19] put forward a new moving element method, which was formulated on a relative coordinate moving with trains, while the ordinary FEM is based on a fixed coordinate. Auersch [20] established the joint solution combining the FEM and boundary element method (BEM) to analyze the track structure model with or without ballast pads in three-dimensional space, and he discussed the parameter eff

蜀ICP备2024047804号

Copyright 版权所有 © jvwen.com 聚文网