轨道车辆系统动力学/同济大学研究生教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沈钢 著

图书标签:

• 轨道交通
• 车辆动力学
• 系统动力学
• 振动
• 同济大学
• 研究生教材
• 交通工程
• 机械工程
• 控制工程
• 轨道车辆

出版社： 中国铁道出版社

ISBN：9787113190156

版次：1

商品编码：11593065

包装：平装

丛书名： 同济大学研究生教材

开本：16开

出版时间：2014-09-01

用纸：胶版纸

页数：308

正文语种：中文

内容简介

　　《轨道车辆系统动力学/同济大学研究生教材》取材于轨道车辆工程实际的研究成果和国内外的相关教材及专著，提炼出系统化的基础理论、实用方法和前沿性的工程问题，是集基础性、专业性和实用性为一体的教材。全书共14章，主要内容包括车辆动力学概述，动力学分析基础，轮轨关系理论，轨道的线路结构与不平顺，车辆系统数学模型，车辆系统的稳定性，车辆系统的平稳性，车辆的曲线通过，轨道车辆的运行安全性，牵引、制动、黏着及轴重转移有关的动力学问题，轨道车辆纵向动力学，轨道车辆柔刚体动力学，轨道车辆与线桥、网、空气的耦合动力学综述，轨道车辆的主动控制等。
　　《轨道车辆系统动力学/同济大学研究生教材》为研究生专业学位课教材，也可作为从事该方向研究人员的参考书。

目录

第一章 车辆动力学概述
第一节 轨道车辆结构的发展概况
第二节 车辆动力学的研究概况
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第二章 动力学分析基础
第一节 简单模型分析
第二节 特征值和特征向量
第三节 传递函数及功率谱
第四节 数值积分方法
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第三章 轮轨关系理论
第一节 轮轨几何接触
第二节 蠕滑和蠕滑力
第三节 非赫兹接触理论
第四节 轮对的运动方程
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第四章 轨道的线路结构与不平顺
第一节 轨道结构及不平顺
第二节 轨道不平顺的测量及表达
第三节 轨道的功率谱反演
第四节 滚动线偏距
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第五章 车辆系统数学模型
第一节 车辆与轨道系统建模规则
第二节 悬挂元件的数学模型
第三节 轮对轨道耦合振动模型
第四节 坐标系与坐标系之间的变换
第五节 运动方程的矩阵组装法
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第六章 车辆系统的稳定性
第一节 车辆蛇行运动
第二节 车辆临界速度的计算方法
第三节 稳定性的影响因素及提高方法
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第七章 车辆系统的平稳性
第一节 基本概念
第二节 车辆系统平稳性分析
第三节 车辆系统平稳性的测定及评价方法
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第八章 车辆的曲线通过
第一节 概述
第二节 单轮对的曲线通过数学模型
第三节 单转向架的曲线通过模型
第四节 四轴车曲线通过模型
第五节 独立轮对的导向问题
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第九章 轨道车辆的运行安全性
第一节 脱轨的类型及机理
第二节 基本的脱轨安全评价指标
第三节 轮重减载率
第四节 脱轨的影响因素及防治方法
第五节 车辆的运行安全性试验方法
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第十章 牵引、制动、黏着及轴重转移有关的动力学问题
第一节 牵引、制动、黏着的基本概念
第二节 黏滑控制
第三节 牵引力作用下的机车轴重转移
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第十一章 轨道车辆纵向动力学
第一节 列车纵向动力学基础
第二节 纵向动力学元件和数学模型
第三节 列车碰撞仿真
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第十二章 轨道车辆柔刚体动力学
第一节 柔刚体系统动力学
第二节 采用连续系统的轨道车辆柔刚体模型
第三节 采用有限元的轨道车辆柔刚体模型
第四节 轨道车辆柔刚体系统仿真分析实例
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第十三章 轨道车辆与线桥、网、空气的耦合动力学综述
第一节 轨道车辆与线桥耦合动力学
第二节 弓网系统动力学
第三节 气流对轨道车辆的影响
复习思考题
研讨思考题
参考文献

第十四章 轨道车辆的主动控制
第一节 主动控制的基本概念
第二节 倾摆控制技术
第三节 稳定性控制技术
第四节 导向及稳定性控制技术
复习思考题
研讨思考题
参考文献

附录A 经典轮轨接触算法
附录B 各国轨道不平顺功率谱
附录C 车轮等效斜度的计算方法
附录D 某地铁车辆动力学计算参数

前言/序言

《高速列车运行安全与控制》 本书旨在深入探讨高速列车系统在复杂运行环境下的动力学行为，并以此为基础，全面阐述现代高速列车运行安全的关键技术与控制策略。本书面向对轨道交通系统动力学、车辆工程、控制工程等领域有深入研究需求的读者，特别是轨道交通领域的工程技术人员、科研工作者以及相关专业的研究生。 内容概述： 全书共分为十一章，结构严谨，逻辑清晰，层层递进。 第一章 导论 本章首先回顾了高速铁路发展的历史进程及其在世界范围内的重要意义，引出高速列车系统动力学研究的必要性和前沿性。接着，详细阐述了高速列车运行安全所面临的主要挑战，包括但不限于气动效应、轮轨磨损、线路不平顺、环境因素等对列车稳定性和乘客舒适性的影响。最后，概述了本书的研究内容、技术路线以及预期达到的学术水平，为后续章节的学习奠定基础。 第二章 高速列车动力学模型 本章重点构建高速列车系统的多体动力学模型。我们将从基础的车辆模型出发，考虑转向架、车体、悬挂系统的相互作用。详细介绍轮轨接触理论，包括赫兹接触理论、粘着理论等，并分析其在高速运行状态下的适用性。此外，还将引入轨道不平顺模型，考虑不同频率和振幅的轨道不平顺对列车动力学响应的影响。同时，考虑气动力的作用，分析不同速度和编组方式下气动力对列车稳定性和动力学性能的影响。 第三章 轮轨动力学与磨损 轮轨系统是列车运行的基础，其动力学特性直接影响到运行安全和维护成本。本章深入研究轮轨动力学行为，包括粘着-滑动耦合、车辆激励下的轮轨振动等。在此基础上，我们将探讨轮轨磨损的机理，分析速度、载荷、材料特性、轮廓形状等因素对磨损率的影响。结合动力学模型和磨损模型，我们将模拟不同运行工况下的轮轨磨损过程，并提出减少轮轨磨损的初步策略。 第四章 气动动力学与噪声 高速列车在运行时会产生复杂的气动效应，如正面冲击波、尾部涡流、隧道效应等，这些效应不仅影响列车的稳定性和能耗，还会产生气动噪声。本章将详细分析高速列车周围的流场特性，利用计算流体动力学（CFD）等方法模拟气动力的分布和变化规律。重点研究气动载荷对列车结构动力学的影响，以及气动噪声的产生机制和传播途径，并探讨减小气动噪声的工程措施。 第五章 轨道不平顺与列车响应 轨道不平顺是影响列车运行平稳性和动力学特性的重要因素。本章将对轨道不平顺的统计特性进行分析，建立不同类型的轨道不平顺模型。在此基础上，我们将研究不同轨道不平顺激励下高速列车的振动响应，包括车体、转向架、车轮的垂向、横向和垂向振动。重点分析轨道不平顺的频率成分与列车动力学特性的匹配关系，以及高频和低频轨道不平顺对列车舒适性的影响。 第六章 列车运行安全性分析 本章将综合前述的动力学模型，对高速列车的运行安全性进行系统分析。我们将重点关注列车的脱轨风险、倾覆风险、车体碰撞风险等。通过模拟不同工况下的动力学行为，评估列车在曲线、坡道、风扰等条件下的安全性。还将引入安全裕度概念，分析影响安全裕度的关键参数，为安全设计提供依据。 第七章 主动悬挂与减振控制 为了提高高速列车的运行平稳性和乘客舒适性，主动悬挂系统被广泛应用。本章将详细介绍不同类型的主动悬挂系统的工作原理，包括液压式、电磁式等。重点研究主动悬挂系统的控制策略，如PID控制、滑模控制、模糊逻辑控制等，分析其在抑制车体振动、提高平稳性方面的效果。同时，还将探讨主动悬挂系统在改善轮轨关系、减少磨损方面的潜力。 第八章 车辆-轨道耦合振动控制 车辆与轨道之间存在复杂的耦合振动，对列车运行安全和舒适性产生重要影响。本章将研究车辆-轨道耦合振动的传播机理，分析车辆振动如何激励轨道振动，以及轨道振动如何反作用于车辆。重点探讨耦合振动的控制方法，包括被动阻尼、半主动控制以及主动控制等技术。介绍如何通过优化车辆和轨道参数，实现耦合振动的有效抑制。 第九章 智能控制与健康监测 随着人工智能技术的发展，智能控制与健康监测在高速列车系统中的应用越来越广泛。本章将介绍基于模型预测控制（MPC）、神经网络（NN）等智能控制方法在高速列车动力学控制中的应用，旨在实现更优的性能和更高的鲁棒性。同时，还将探讨基于传感器网络的列车健康监测技术，包括振动监测、应力监测、轮廓监测等，通过对关键部件状态的实时监测，实现故障预警和预测性维护，从而提高运行安全性。 第十章 轨道交通系统安全评估与风险管理 本章将视角从单一车辆提升至整个轨道交通系统层面。我们将介绍轨道交通系统的安全评估方法，包括故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）等，以及风险评估的量化技术。重点阐述如何通过系统性地识别潜在风险，并制定相应的风险管理策略，以降低整体安全风险。内容将涵盖设计风险、运营风险、维护风险等多个方面。 第十一章 未来发展趋势与展望 本章对高速列车系统动力学与控制领域的未来发展趋势进行展望。我们将探讨更加先进的控制理论，如自适应控制、分布式控制在高速列车中的应用前景。同时，还将关注新材料、新能源技术在高速列车设计中的应用，以及更高级别的自动化和智能化技术，如自动驾驶、列车编组优化等。最后，对未来高速铁路系统的发展方向进行预测和讨论。 本书的理论推导严谨，模型构建合理，数值仿真和理论分析相结合，具有较强的学术价值和工程应用前景。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解高速列车系统的动力学行为，掌握先进的运行安全技术和控制策略，为推动中国乃至世界高速铁路事业的发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大感受是它的“体系化”和“完备性”。它并非零散地介绍一些概念，而是将轨道车辆系统动力学作为一个完整的体系来构建。从最基础的车辆部件建模，到各个部件之间的相互作用，再到整个车辆系统在轨道上的运动响应，以及最后到系统性能的评估和优化，整个过程都围绕着一个清晰的脉络展开。我喜欢它从宏观到微观，再从微观回到宏观的分析逻辑。例如，在讨论车辆的舒适性时，它不仅分析了车辆本身的振动特性，还考虑了轨道不平顺、车辆载荷等外部因素的影响，并且最终落脚到如何通过优化设计来改善乘坐舒适性。这种全方位的视角，让我对轨道车辆系统有了更深刻的理解。另外，本书在各个章节之间也存在着很好的衔接性，一个章节的知识往往是后续章节的基础，这种递进式的知识结构，使得我在学习过程中能够不断地积累和巩固。我个人认为，一本优秀的教材，除了内容的深度之外，其结构的合理性也至关重要。这本书在这方面做得非常出色，它为我构建了一个坚实的轨道车辆动力学知识体系。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对轨道车辆动力学充满好奇的研究生，我一直渴望找到一本既有深度又不失趣味性的教材，而这本书恰恰满足了我的需求。首先，它的语言风格非常亲切，虽然是专业教材，但作者并没有使用过于晦涩的学术术语，而是尽量用清晰易懂的语言来解释复杂的概念。比如，在讲解车辆的转向架设计对动力学性能的影响时，作者并没有直接罗列公式，而是先从直观的角度分析转向架的结构如何影响车辆的曲线通过能力和稳定性，再逐步引入数学模型进行定量分析。这种由浅入深的讲解方式，让我这个初学者也能快速进入状态，并且能够理解其中的逻辑。其次，书中大量的图示和仿真结果展示，让抽象的动力学过程变得生动起来。我尤其喜欢书中关于车辆在不同工况下（如加速、制动、曲线行驶）的动力学响应的仿真动画截图，这些直观的展示能够帮助我快速理解理论知识的应用效果。另外，书中还穿插了一些历史性的介绍和前沿性的展望，例如在介绍车辆动力学发展历程时，会提到早期蒸汽机车和现代高速列车的差异，以及未来智能车辆的发展趋势，这让我感觉不仅仅是在学习一门技术，更是在了解一个不断发展的领域。这本书的阅读体验非常流畅，让我感觉不是在被动接受知识，而是在主动探索和学习。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深的印象是它在理论深度和广度上的双重突破。我之前接触过一些关于轨道车辆动力学的书籍，但很多要么过于偏重理论推导，对实际工程应用指导不足；要么过于工程化，缺乏严谨的数学建模和动力学分析。而这本书则很好地平衡了这两点。它在讲解基本的动力学原理时，毫不含糊地给出了详尽的数学推导，例如在描述车辆与轨道相互作用时，书中详细分析了赫兹接触理论在轮轨力计算中的应用，以及如何考虑轮轨磨耗对接触几何形状的影响。同时，它也没有回避复杂的系统建模，比如对于多体动力学模型的建立，书中提供了几种不同的方法，并分析了各自的优缺点，这对于我选择合适的建模工具和策略非常有启发。我特别欣赏的是，书中在引入新概念或新理论时，总是会联系实际的工程案例，比如在讨论车辆振动模态分析时，它会引用高速列车、地铁列车等不同类型车辆的实际振动数据，通过对比分析来展示理论模型在实际中的应用效果。这种理论与实践的紧密结合，极大地增强了我学习的兴趣和动力。我希望通过对这本书的学习，能够更深刻地理解轨道车辆系统运行过程中各种复杂现象的内在机理，并能够运用所学的知识去解决实际工程中遇到的难题，例如如何通过优化车辆参数来降低轮轨噪声，如何设计更有效的减振系统来提高乘坐舒适性等等。

评分☆☆☆☆☆

我之所以选择阅读这本书，很大程度上是因为我一直在寻找一本能够帮助我理解“不确定性”在轨道车辆系统动力学中扮演角色的教材。实际的轨道交通环境充满了各种不确定性因素，例如轨道不平顺的随机性、车辆载荷的变化、环境因素的影响等等，这些都会对车辆的动力学响应产生显著的影响。这本书在处理这些不确定性方面做得相当到位。书中专门辟有章节详细介绍了如何运用随机振动理论、模糊逻辑、神经网络等方法来分析和预测轨道车辆在不确定性条件下的动力学行为。例如，在介绍随机不平顺对车辆动力学响应的影响时，书中不仅给出了理论模型，还展示了如何通过蒙特卡洛模拟等方法来获得车辆的统计响应特性，如均方根值、功率谱密度等。我尤其对书中关于车辆系统鲁棒性设计的内容很感兴趣。鲁棒性设计的目标是使车辆系统在存在不确定性因素的情况下仍能保持良好的性能。书中提供了一些关于如何通过优化车辆参数、设计自适应控制系统等手段来提高车辆系统的鲁棒性的方法。这对于我当前的研究课题非常有启发，我正面临着如何处理复杂的工况变化和不可预测的外部干扰，这本书中的相关内容无疑为我提供了宝贵的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于它的理论深度，更在于它对实际工程问题的关注和解决方案的探讨。我在学习过程中，特别留意了书中关于车辆可靠性与维修性设计的部分。这部分内容在学术界可能不是最热门的研究方向，但在实际的轨道交通运营中，却至关重要。书中详细分析了车辆在长期运行过程中可能出现的各种故障模式，例如转向架部件的疲劳损伤、车轮踏面的磨损、制动系统的失效等，并结合动力学模型对这些故障发生的原因和影响进行了深入分析。更重要的是，书中还给出了一些基于动力学分析的可靠性评估方法和维修策略建议，例如如何通过监测车辆运行过程中的振动和噪声数据来预测潜在的故障，以及如何优化维修计划以降低运营成本和提高车辆的可用性。我一直认为，好的学术研究不仅要追求理论的突破，更要关注实际的应用价值，而这本书在这方面做得非常出色。它让我意识到，动力学知识不仅仅是用于理论研究，更是可以指导工程实践，解决实际问题的强大工具。我希望通过对这本书的学习，能够提升我分析和解决复杂工程问题的能力，为我未来的职业发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的不仅仅是知识的积累，更是一种研究方法的启迪。在研读过程中，我发现作者在讲解每一个理论模型时，都非常注重分析其背后的物理机制和数学原理。例如，在介绍车辆稳定性分析时，书中详细阐述了如何通过特征值分析来判断车辆的稳定性，以及各种参数（如车辆重心高度、轨道侧向刚度等）对稳定性的影响。更重要的是，书中还展示了如何将这些理论模型应用到实际工程问题中，例如如何通过模拟分析来优化车辆的设计参数，以提高车辆的运行安全性。我尤其欣赏书中关于“多体动力学”建模方法的论述。它详细介绍了如何将轨道车辆系统分解成一系列的刚体和柔性体，然后利用拉格朗日方程或牛顿-欧拉方程来建立系统的动力学方程。书中还提供了多种数值求解方法，并分析了它们的优缺点。这对于我理解如何将复杂的物理系统转化为可计算的数学模型非常有帮助。通过学习这本书，我不仅掌握了轨道车辆动力学相关的理论知识，更重要的是，我学会了如何运用科学的研究方法来分析和解决问题，这种能力将对我的未来学术研究和职业生涯产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的结构设计堪称典范，它能够有效地引导读者从基础概念逐步深入到复杂的问题分析。整本书的逻辑非常清晰，从建立最简单的车辆模型开始，然后逐步引入更多元的因素，例如轨道结构、空气动力学效应、制动系统等，将它们耦合起来，形成一个越来越复杂的动力学模型。这种循序渐进的教学方式，让我在学习过程中不会感到突兀或迷茫。例如，在讲解车辆的垂向动力学时，书中首先分析了单自由度、两自由度模型，然后逐步过渡到考虑多节车厢耦合的复杂模型，并通过引入不同的激励源（如不平顺、载荷变化）来分析车辆的响应。此外，书中在每个章节的末尾都配有相关的习题，这些习题的难度和类型都非常多样化，既有巩固基础概念的计算题，也有需要运用所学知识进行分析和建模的综合题。这对于我检验学习效果，加深对知识的理解非常有帮助。通过完成这些习题，我能够发现自己在哪些方面还有不足，从而有针对性地进行复习和巩固。我非常喜欢这种“学以致用”的学习模式，它让知识的学习过程变得更加生动和有效。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点在于其前瞻性和对未来发展的关注。在深入探讨经典轨道车辆动力学理论的同时，书中并没有忽视新兴技术对该领域可能带来的变革。我特别关注了其中关于“智能化”和“数字化”在轨道车辆动力学中的应用章节。书中提到了如何利用大数据分析、人工智能算法来优化车辆的运行控制策略，提高能源效率，降低维护成本。例如，在预测性维护方面，书中介绍了如何通过采集车辆运行过程中产生的海量数据，结合机器学习模型，来提前预测部件的故障，从而实现按需维护，避免计划外停运。此外，书中还对未来可能出现的“自主驾驶”轨道车辆的动力学挑战进行了初步的探讨，例如如何实现车辆之间的协同控制，如何应对突发情况下的决策等等。虽然这些内容可能还处于理论探索阶段，但它展现了作者对未来轨道交通发展趋势的深刻洞察。作为一名研究生，我深知学习不仅要掌握现有的知识，更要具备对未来发展的敏感性和预判能力。这本书在这方面给予了我极大的启发，让我认识到轨道车辆动力学研究的广阔前景和无限可能性，也激发了我投身于这一领域的探索热情，希望能为未来的轨道交通发展贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书刚拿到手的时候，我感觉它沉甸甸的，封面设计简洁大方，带着一股学术的严谨感。作为一名正在攻读轨道交通方向的研究生，我对这类专业书籍的需求非常迫切，而同济大学作为国内轨道交通领域的佼佼者，其出品的研究生教材自然让我充满了期待。翻开目录，细致的章节划分和循序渐进的编排方式让我对本书的系统性有了初步的认识。从最基础的车辆模型建立，到复杂的动力学耦合分析，再到实际应用中的减振降噪、疲劳分析等方面，内容涵盖得相当全面，几乎触及了轨道车辆系统动力学研究的各个重要分支。我尤其关注其中关于轨道不平顺对车辆动力学响应影响的章节，这部分内容在实际工程设计中至关重要，直接关系到乘坐舒适性和轨道损伤。书中对各种不平顺模型（如随机不平顺、周期性不平顺）的介绍，以及它们如何通过传递函数或状态空间方程影响车辆的垂向、横向和点头运动，都进行了详细的阐述，并且配以大量的图表和公式推导，这对于我理解抽象的动力学概念非常有帮助。我一直在寻找一本能够系统梳理轨道车辆动力学理论，并能指导实际工程问题的教材，而这本书似乎正是为此而生。我迫不及待地想深入研读其中的每一个章节，希望能借此机会，将理论知识与我目前的研究课题更好地结合起来，为我的学术研究打下坚实的基础，也希望它能为我未来的职业生涯提供宝贵的理论支撑和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图表和公式表达清晰准确，这对于我这样一个依赖视觉化信息和严谨数学推导的研究生来说，简直是福音。我常常发现，一些复杂的动力学概念，通过一幅精心绘制的图表，或者一个精炼的公式，就能瞬间豁然开朗。例如，书中关于车辆轮轨接触力的解析，不仅给出了详细的数学推导，还配以多幅示意图，清晰地展示了接触点的位置、力的方向以及形变的分布。这些图示使得原本抽象的物理过程变得直观易懂。同样，在公式推导过程中，作者也非常注重逻辑的连贯性和符号的规范性，使得我能够清晰地追踪每一推导步骤，理解其背后的数学原理。我特别注意到，书中在引用一些复杂公式时，往往会先给出其物理意义或背景，然后再进行数学推导，这种方式大大降低了理解难度。这让我感觉作者非常站在读者的角度去思考，力求将最复杂的内容以最清晰的方式呈现出来。我非常喜欢这种严谨而不失亲和力的表达方式，它极大地提高了我的阅读效率和学习效果，让我在深入理解知识的同时，也能感受到学术的魅力。

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应该是英翻版 还没看

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