车辆轨道耦合动力学

文章编号：1000-4750(2021)03-0181-11考虑基础结构损伤的无砟轨道-车辆耦合动力模型及其求解舒 瑶1,2,3，蒋忠城2,3，张 俊2,3，张 波1,2,3，刘国云2,3，杨新文4(1. 西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川，成都 610031；2. 大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室，湖南，株洲 412001；3. 中车株洲电力机车有限公司，湖南，株洲 412001；4. 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804)摘 要：为了探究无砟轨道结构损伤与车轨动态相互作用的相互影响机制，基于经典的车辆-轨道耦合动力学理论，利用混凝土弹性损伤本构考虑无砟轨道结构的损伤效应，将车辆简化为多刚体系统，并假定随机性的轨面不平顺以单节车长为周期重现，利用Hertz 非线性接触实现车辆系统与含损伤无砟轨道系统的垂向传力耦合，从而建立考虑轨道结构损伤效应的无砟轨道-车辆垂向耦合周期性动力模型；为了加速该同时包含材料非线性和接触非线性的动力模型求解的收敛速度，采用隐式动力预测-校正算法和轨道-车辆系统交叉迭代的求解策略，实现了含损伤无砟轨道-车辆垂向耦合动力模型的隐式快速求解。

关键词：高速铁路；车辆动力学；无砟轨道；损伤；耦合动力学中图分类号：U213.2+12 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0305DYNAMIC COUPLING MODEL OF BALLASTLESS TRACK-VEHICLE CONSIDERING THE BASE STRUCTURALDAMAGE AND ITS SOLUTIONSHU Yao1,2,3, JIANG Zhong-cheng 2,3 , ZHANG Jun 2,3 , ZHANG Bo1,2,3, LIU Guo-yun 2,3 , YANG Xin-wen4(1. State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China;2. State Key Laboratory of Heavy Duty AC Drive Electric Locomotive Systems Integration, Zhuzhou, Hu'nan 412001, China;3. CRRC Zhuzhou Locomotive Co., Ltd., Zhuzhou, Hu'nan 412001, China;4. Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804, China)Abstract: To explore the interaction mechanism between the damage to the ballastless track structure and the dynamic interaction of the vehicle and track, a dynamic coupling model of ballastless track-vehicle involving structural damage was established based on the classical theory of vehicle-track coupling dynamics. The damage effect of the ballastless track structure was considered by using the elastic damage constitutive model of concrete.The vehicle was simplified as a multi-body system. The random track irregularity was assumed to recur in a period of the length of a single car. Hertz nonlinear contact was used to transfer the vertical coupling force between the vehicle system and the damaged ballastless track system. To accelerate the solving convergence rate of the dynamic model including material nonlinearity and contact nonlinearity, the implicit dynamic prediction-收稿日期：2020-05-17；修改日期：2020-08-10基金项目：湖南省自然科学基金青年基金项目(2020JJ5630)；湖南省自然科学基金青年基金项目(2020JJ5629)；湖南省自然科学基金青年基金项目(2020JJ5631)通讯作者：舒　瑶(1992−)，男，湖南人，工程师，博士，主要从事轨道交通系统动力学研究(E-mail: *********************).作者简介：蒋 忠城(1981−)，男，贵州人，高工，硕士，主要从事轨道车辆系统设计研究(E-mail: ****************************);张　俊(1986−)，男，湖南人，高工，博士，主要从事轨道车辆系统设计研究(E-mail: *********************);张　波(1988−)，男，湖北人，高工，博士，主要从事轨道车辆动力学研究(E-mail: ********************);刘国云(1989−)，男，湖南人，工程师，博士，主要从事轨道车辆动力学研究(E-mail: **********************);杨新文(1973−)，男，甘肃人，教授，博士，博导，主要从事列车与线路系统动力学研究(E-mail: **********************).第 38 卷第 3 期Vol.38 No.3工 程 力 学2021年3 月Mar.2021ENGINEERING MECHANICS181correction algorithm and the cross iteration of the track-vehicle system were used. The solving method realized a fast and implicit solution of the dynamic vertical coupling model of vehicle and damaged ballastless track.Key words: high speed railway; vehicle dynamics; ballastless track; damage; coupling dynamics无砟轨道结构损伤将会降低结构的承载能力，恶化轮轨关系，威胁运营安全，且轨道结构一旦出现伤损病害，不仅维修困难，而且维修费用昂贵。

车辆--轨道耦合动力学仿真软件TTISIM及其试验验证
王开云;翟婉明
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2004(025)006
【摘要】TTISIM仿真软件采用现代车辆-轨道耦合动力学理论,全面考虑轨道结构参振影响及动态轮轨空间接触几何关系.结合近年来国内有关提速、脱轨、新型机车车辆动力学现场试验,对TTISIM软件进行了系统的分析验证.结果表明,用该仿真软件计算的结果与试验测量结果吻合良好,说明该仿真软件可以用来分析研究各种铁道机车车辆在不同状态线路上运行时的动力学性能.
【总页数】6页(P48-53)
【作者】王开云;翟婉明
【作者单位】西南交通大学,列车与线路研究所,四川,成都,610031;西南交通大学,列车与线路研究所,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】U260.11:U270.11
【相关文献】
1.车辆-轨道耦合动力学在轨道下沉研究中的应用 [J], 高建敏;翟婉明
2.直线电机轨道交通系统车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型的研究 [J], 廖利;高亮;谭复兴;冯雅薇
3.车辆-轨道耦合动力学理论在现代机车车辆设计中的应用实践 [J], 翟婉明;王开云;杨永林;孟宏;封全保
4.基于车辆-轨道耦合动力学理论的车辆动态包络线计算 [J], 马荣成;王开云;吕凯凯;黄超;姜艳林
5.轨道车辆轮对模态试验仿真验证分析 [J], 赵长龙; 窦晓亮
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基于 UM 的车辆-轨道耦合动力学建模及仿真分析李国芳;姚永明;丁旺才【摘要】基于多体系统动力学理论，分析某动车各构造拓扑关系及其力学特性，利用多体动力学软件 UM 建立50个自由度的车辆-轨道动力学模型，仿真分析了车辆的非线性临界速度、脱轨系数、振动加速度及平稳性指数等动力学特性，获得了该型动车直线运行的非线性临界速度477 km／h；以200 km／h 的时速通过曲线半径 R ＝4000 m的曲线线路时车体横向、垂向 Sperling 平稳性指数分别为2．01和1．69；车体横向、垂向加速度分别为0．062g 和0．046g ；1位轮对的最大脱轨系数和轮重减载率分别为0．182和0．4064．研究结果表明：该型动车具有较好的动力学性能．%Based on the multi-body system dynamics theory,the topological relations and mechani-cal characteristics of a certain EMU are analyzed,a 50 degree-of-freedom of the vehicle-track dy-namics model is established by the multi-body dynamics software UM,and the nonlinear critical speed,derailment coefficient,acceleration and stability index of the vehicle are obtained by simula-tion.The results show that when EMU crosses a straight line,the nonlinear critical speed is 477km/h;when EMU crosses the curve whose radius is R =4 000 m with a speed of 200 km/h,the lateral and vertical Sperling stability indexes are 2.01 and 1.69;the maximum lateral and vertical acceleration of the vehicle sample point is 0.062g and 0.046g ;the maximum lateral and vertical acceleration of the vehicle body is 0.062g and 0.046g ;the maximum derailment coefficient and wheel load reduction rates of the 1st wheel are0.182 and 0.406 4.The results show that EMU has better dynamic performance.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】5页(P142-146)【关键词】UM;车辆-轨道耦合动力学【作者】李国芳;姚永明;丁旺才【作者单位】兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】U211.5近年来，随着我国高铁事业的飞速发展，动车组运行速度不断提升，极大地缩短了城市间的距离，有效地促进了沿线地区经济、文化的发展和交流,同时也对铁路的运动稳定性、平稳性、曲线通过等动力学性能提出了更高的要求[1-3].但是，想要准确的模拟车辆系统实际运行的情况，就要考虑几十个甚至上百个自由度，并且还要考虑系统的非线性因素；在构造动力学方程时面临着繁重的微分方程，而且由于方程的非线性可能导致无法求得封闭的解析解.这些都成为了制约车辆系统动力学发展的关键因素.多体系统动力学分析软件应运而生，在车辆系统动力学领域，计算机仿真已越来越流行，如今，市场上主流的多体系统动力学分析软件主要包括：ADAMS、DADS、Simpack、Nucars、UM等.本文基于多体系统动力学软件UM，以某型车为研究对象，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、对其临界速度、Sperling平稳性指数、车体振动加速度、脱轨系数、轮重减载率等进行了分析.universal mechanism(简称UM)软件是由俄罗斯布良斯克国立大学(Bryansk State Technical University)开发的计算多体系统动力学软件，已广泛运用到铁道工程、轨道车辆、轮式车辆、履带车辆、航空航天、机器人等领域[4].多刚体系统动力学方程的建立需选用广义坐标，用刚体i的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标qi=[x,y,z,ψ,θ,φ]T,模态坐标用q=[qT1,qT2,……，qTm](m为刚体的个数)来表示，即每个刚体用6个广义坐标描述.用欧拉角代表方向,运动的总坐标为式中：x,y和z是局部坐标系相对于整体坐标系的位置；ψ,θ,φ是局部坐标系相对整体坐标系原点的欧拉角；qi,j为第m阶模态振幅的振型分量.由于采用了不独立的广义坐标，系统动力学方程是最大数目但却高度稀疏耦合的微分代数方程,适合用稀疏矩阵的方法高效求解.根据拉格朗日待定乘子法,建立了多刚体系统的动力学方程为[5]不完整约束方程时：φ(q,t)=0;完整约束方程时：.式中：T为系统的动能，φ(q,t)=0为非完整约束方程；,t)=0为完整约束方程；q为系统广义坐标列阵；Q为广义力列阵；p对应于完整约束的拉氏乘子列阵；μ对应于非完整约束的拉氏乘子列阵；v为广义速度列阵；I为转动惯量列阵；ω′为广义角速度列阵.体、铰、力元为多体动力学建模的三要素.铁道车辆动力学建模一般遵循从下往上依次建立体、铰、力元的步骤，即依次设置轮对、轴箱、构架、体、铰、力元，进一步定义转向架子系统.该车辆系统的主要参数如表1所示.3.1 动车动力学模型拓扑图该车型主要是由车体、两个构架、四个轮对组成的多刚体系统，轮对和构架之间、构架与车体之间分别通过一系悬挂、二系悬挂连接.建模前应当先绘制所建模型的拓扑关系图，如图1所示.3.2 动车所需几何外形的建立在UM中建立几何外形有两种方法.一种方法是在UM Input中直接建立(轴箱、构架、车体等)和力元(弹簧、阻尼器等)的几何外形；另一种方法是将SolidWorks、Pro/E等CAD几何模型导入UM中.几何外形的引入可以使模型更加直观化，避免在定义体、铰、力元时出错.该模型所需的几何外形采用UM直接建立和软件导入相结合的方式.3.3 动车轮对的建立UM子系统库中已经建立了标准的参数化轮对子系统模型供调用，建模时只需修改轮对名义滚动圆半径、名义滚动圆跨距、轮对质量、转动惯量、纵向和垂向坐标等参数即可.3.4 动车各类体的定义该车型各类体的定义需调用轴箱、构架、车体的几何外形.再根据调用的几何模型建立其相应的刚体模型，设置对应的质量、转动惯量、质心坐标等参数.3.5 动车各类铰的定义多刚体系统中的铰为连接刚体约束的一种抽象[6].UM建模时，每个模型都有一个Base0物体(总体坐标系)，每个物体固连一个坐标系(局部坐标系),物体与物体之间，物体与总体坐标系之间的约束和姿态主要通过铰来定义.UM中铰包括旋转铰、6自由度铰、平动铰等类型.在UM中设置轴箱、构架、车体的邻接刚体约束情况，轴箱与对应的轮对连接，构架、车体与外部连接；考虑轴箱的点头自由度，采用旋转铰约束类型，构架、车体采用6自由度铰约束类型.3.6 动车各类力元的定义力元的合理选取是建模正确与否的关键，该动车的力元有一、二系弹簧、一、二系垂向阻尼、二系横向阻尼、抗蛇行减振器、牵引拉杆、转臂节点、横向止挡等.各力元的设置需调用预先建立好的几何外形.一系弹簧、空气弹簧、牵引拉杆采用线性力，需分别设置线性力元上下连接点的相对坐标和刚度矩阵参数，其中一系弹簧、空气弹簧还需设置垂向静态力.各阻尼减振器采用两极力，需分别设置两极力元上下连接点的相对坐标和阻尼力的特性参数.本模型一系垂向阻尼力采用非线性粘弹力特性，二系垂向减振器采用线型力特性，二系横向减振器采用散点特性，抗蛇行减振器采用线性粘弹力特性.转臂节点、横向止挡采用止档力元，需分别设置止档力元作用点的相对坐标和止档力的特性参数.本模型转臂节点用横向、纵向、垂向的线性刚度描述，横向止挡采用广义力元的散点特性描述.建立的转向架模型如图2所示.3.7 整车模型装配将所建的转向架模型转化为子系统，镜像生成另一转向架，根据车辆定距参数设置前后转向架位置坐标.再按照上述刚体建立的方法建立车体的刚体模型，通过UM中的连接功能自动将转向架二系悬挂与车体的力元连接.装配好的整车模型如图3所示.4.1 非线性临界速度分析列车运行的过程中给车辆系统一个微小的扰动，当车辆运行的速度低于临界速度时，系统是稳定的，轮对的横向位移值最终将收敛至平衡位置；当车辆运行的速度达到临界速度时，轮对的横向位移将呈现等幅振动；当车辆运行的速度高于临界速度时，系统将蛇形失稳，轮对的横向位移将发散.首先给该车辆系统施加一个恒力式中：M为车辆质量；a为车速降低的加速度.然后给车辆系统一个微小扰动，并给定车辆系统一个大于非线性临界速度的初始速度540 km/h，车速降低的加速度a取-0.2 m/s2.仿真所得前后转向架1位轮对横移值如图4所示，由图4可以得到，在速度很大的时候，即超过临界速度的时候，轮对的最大横移量已达16 mm，大于轮轨间隙[7].当速度降为477 km/h左右，轮对横移收敛，故该车辆的非线性临界速度为477 km/h.4.2 Sperling平稳性指数欧洲铁路联盟(UIC)采用Sperling提出的平稳性指数来评定车辆运行的品质.我国机车车辆运行平稳性指标也采用Sperling平稳性指数[8-9].影响Sperling的两个重要因素为位移对时间的三次导数(加速度变化率)和振动时的动能大小.横向、垂向Sperling指数的计算公式如下：横向Sperling指数垂向Sperling指数式中:f为振动频率，Hz；a为加速度，cm/s2.我国机车车辆的平稳性等级如表2所示.设置如下曲线工况：直线30 m，进出缓和曲线400 m，圆曲线100 m，曲线半径R=4 000 m,曲线超高90 mm，UIC_good轨道谱作为轨道激励，曲线运行速度为200 km/h.计算得出距离车体中心一侧1 000 mm点处的横向、垂向Sperling平稳性指数分别为2.01和1.69.根据GB 5599-85规定的客货车平稳性等级，该车的运行平稳性等级为优.4.3 振动加速度分析我国高速铁路客车在进行动力学性能评判时，参考国内外相关规定，车体振动加速度的舒适度标准取为：横向振动加速度小于0.10g；垂向振动加速度小于0.13g[9].图5为列车在通过上述曲线时距车体中心一侧1 000 mm点处的横向、垂向加速度图.从图5中得到，列车以200 km/h的速度通过上述曲线时车体的最大横向、垂向加速度非别为0.062g和0.046g，均小于我国高速铁路客车车体振动加速度的舒适度指标.4.4 脱轨系数分析脱轨系数是评价车辆运行安全性的一个重要指标[10].国内外评判车辆脱轨的基本指标是脱轨系数Q/P，即轮轨横向力Q与垂向力P之比.根据我国《高速动车组整车试验规范》[11]规定，对于最高运行速度200 km/h及以上的电动车组，脱轨系数Q/P≤0.8.1位轮对的脱轨系数如图6所示.从图6中可以看出车辆以200 km/h的时速通过上述曲线线路时的最大脱轨系数为0.182，远远小于最大脱轨系数限值.满足列车运行的安全性要求.4.5 轮重减载率分析我国在评判车辆运行安全性时除采用脱轨系数这一重要指标外，还采用轮重减载率指标ΔP/P，即增载侧和减载侧轮重值之差的一半ΔP与减载侧和增载侧的平均轮重值P的比值.根据我国《高速动车组整车试验规范》中规定，对于最高运行速度200 km/h及以上的电动车组，轮重减载率执行标准从图7中可以看出车辆以200 km/h的时速通过上述曲线线路时的最大轮重减载率为0.406 4，小于最大轮重减载率限值.满足列车运行的安全性要求.根据多体系统动力学理论，基于计算多体动力学软件UM建立了某车辆-轨道耦合动力学模型.仿真分析了该型动车的非线性临界速度、脱轨系数、振动加速度及平稳性指数等动力学特性，研究结果表明，该型动车具有较好的动力学性能.【相关文献】[1] 张卫华,李艳,宋冬利.高速列车运动稳定性设计方法研究[J].西南交通大学学报,2013,48(1):1-9.[2] 于梦阁,张继业,张卫华.随机风速下高速列车的运行安全可靠性[J].力学学报,2013,45(4):483-492.[3] Grossoni M,Iwnicki S D,Bezin Y,et al.Dynamics of a vehicle-track coupling system at a rail joint[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engine ers,Part F:Journal of Rail and Rapid Transit,2014,229(4):364-374.[4] 刘宏友.来自俄罗斯的优秀通用机械仿真软件——UM[J].铁道车辆,2008,46(9):38.[5] 刘延柱,洪嘉振.多刚体系统动力学[M].北京:高等教育出版社,1989.[6] 洪嘉振.计算多体系统动力学[M].北京:高等教育出版社,1999.[7] 崔大宾,李立,金学松,等.基于轮轨法向间隙的车轮踏面优化方法[J].机械工程学报,2009,45(12)：205-211．[8] 翟婉明.车辆-轨道耦合动力学[M].北京:科学出版社,2015.[9] 姚建伟,孙丽霞.机车车辆动力学[M].北京:科学出版社,2014.[10] 严隽耄.车辆工程[M].北京:中国铁道出版社,2011.[11] 中华人民共和国铁道部.铁运[2008]28号高速动车组整车试验规范[S].北京：铁道部办公厅，2008.。

高速列车轮轨耦合振动机理与减振策略随着科技的进步和人们生活水平的提高，高速列车已成为现代交通的重要组成部分。

然而，高速列车运行中的轮轨耦合振动问题却一直困扰着工程师和研究人员。

本文将探讨高速列车轮轨耦合振动的机理，并提出一些有效的减振策略。

1. 轮轨耦合振动的机理轮轨耦合振动是指高速列车在运行过程中，轮子与轨道之间发生的共振现象。

它主要由列车动力学特性、轨道不平顺性以及轮轨系统的非线性特性等因素综合作用所引起。

1.1 列车动力学特性列车动力学特性包括轮对动力学、车体动力学和车辆轴重分布等因素。

在高速列车中，轮轨系统处于高速运行状态，列车的加速度、减速度及转弯半径等因素都会对轮轨系统的振动产生影响。

1.2 轨道不平顺性轨道不平顺性是指轨道上存在的各种几何和动力差异。

轨道不平顺性可分为固有不平顺性和非固有不平顺性。

固有不平顺性是由于铺轨过程中的施工误差和轨道使用过程中的老化等原因引起的；非固有不平顺性则包括货物质量分布不均、列车速度变化等因素的影响。

1.3 非线性特性轮轨系统的非线性特性主要表现在摩擦力、轮轨接触刚度和轮轨屈曲刚度等方面。

其中，轮轨接触刚度随着垂向力的变化而变化，而轮轨屈曲刚度则形成了轮轨系统的耦合特性。

2. 减振策略为了减小高速列车轮轨耦合振动对列车和轨道的损伤，并提高运行的平稳性和安全性，研究人员提出了多种减振策略。

2.1 轮轨参数优化通过优化轮轨参数，可以改善轮轨接触性能，减小振动。

其中，轨道补偿技术是一种常用方法，通过调整轨道的几何形状和轨面横向坡度，使其适应列车的动力学特性和速度要求。

2.2 振动控制器的应用振动控制器是一种主动控制策略，可通过施加实时调节力来抑制振动。

常用的振动控制器包括主动悬挂控制器和振动抑制器等。

振动控制器的应用可以大幅度减小轮轨系统的共振现象，提高列车的平稳性和乘坐舒适度。

2.3 轮轮之间的系泊减振轮轮之间的系泊减振是一种被广泛应用于高速列车的被动减振策略。

车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析一、本文概述随着高速铁路的迅速发展，列车运行速度与日俱增，对线路结构的安全性、平稳性和舒适性提出了更高要求。

车—路耦合系统作为高速铁路的重要组成部分，其动力学特性对列车运行品质和线路结构安全具有重要影响。

特别是在路基与桥路过渡段，由于结构形式的突变和材料的非线性，动力响应问题尤为突出。

本文旨在深入研究车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力分析，为高速铁路的安全、稳定运行提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了高速铁路路基及桥路过渡段的结构特点，分析了车—路耦合系统的动力学原理。

在此基础上，建立了高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力学模型，并采用了先进的数值分析方法，对列车在不同速度、不同轨道不平顺条件下的动力响应进行了深入研究。

通过对路基及桥路过渡段结构的位移、应力、加速度等关键参数的分析，揭示了车—路耦合条件下结构系统的动力特性及其影响因素。

本文还针对高速铁路路基及桥路过渡段结构的动力优化问题进行了探讨，提出了相应的改进措施和建议。

这些措施旨在提高结构系统的动力性能，减少列车运行时的振动和噪声，提高乘客的舒适度，同时确保线路结构的安全性和稳定性。

本文的研究对于深入理解高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力学特性，提高高速铁路的安全性和平稳性，具有重要的理论价值和实践意义。

通过本文的研究，可以为高速铁路的设计、施工和维护提供科学依据，为高速铁路的可持续发展贡献力量。

二、车—路耦合条件下的动力学基础车—路耦合条件下的高速铁路动力学研究，是探究列车与线路之间相互作用、相互影响的科学问题。

在高速运动状态下，列车与路基、桥梁等线路结构之间的动力相互作用尤为显著，这种相互作用不仅影响列车的运行平稳性和安全性，也对线路结构的长期服役性能产生深远影响。

对车—路耦合条件下的动力学基础进行深入研究，是高速铁路工程设计与运营维护的重要理论基础。

高速列车车辆与轨道动力学特性仿真分析一、前言随着高速铁路的建设，我国高速列车的发展已经成为一个全球关注的热点。

快速、稳定和安全的运行是高速列车的基本要求。

随着高速列车的不断升级和改进，高速列车车辆与轨道动力学特性仿真分析也变得越来越重要。

本文将针对高速列车车辆与轨道的运动特性进行分析和探讨，为高速列车的设计和运行提供参考。

二、车辆与轨道动力学车辆与轨道动力学是指车辆和轨道之间的相互作用。

这是一个非常复杂的问题，要理解车辆和轨道之间的相互作用并不容易。

因此，需要进行车辆与轨道的动力学仿真分析。

2.1车辆动力学车辆动力学是指车辆在不同运动状态下的运动规律。

车辆动力学研究的主要内容包括：车辆加速度、速度、位移、轨道横向力、车辆向心力以及列车所受外力等。

2.2轨道动力学轨道动力学是指轨道的动力学特性。

轨道动力学研究的主要内容包括：轨道的几何形状、弯曲半径、轨道的铺设方式、轨道截面以及轨道的轨道质量等。

三、车辆运动仿真模型车辆运动仿真模型是将车辆和轨道的运动规律以数学模型的方式进行描述的过程。

建立车辆仿真模型通常包括以下几个步骤：3.1 选择车辆类型并获取相关参数在建立车辆模型之前，需要确定要模拟的车辆类型，并确定车辆的性能参数，例如：车辆重量、重心高度、轮轴参数、车辆结构参数以及制动方式等。

3.2建立车辆运动模型车辆运动模型通常是基于牛顿第二定律来建立的。

通常包括车体动力学方程、制动方程、轮轴运动方程、轮轨作用方程以及车辆和轨道的相互作用方程。

3.3建立轨道模型在轨道方面，需要建立其几何形状的数学模型。

轨道建模的重点在于确定其几何形状、轨道质量以及铺设方式等参数。

3.4建立粘着力模型为了描述车辆和轨道之间的接触力，需要建立一个粘着力模型。

粘着力模型通常是通过测量实际车辆与轨道之间的接触力来建立的。

四、仿真分析结果通过车辆运动仿真模型，可以得到车辆的各种动力学参数，例如：加速度、速度、位移以及轨道横向力等。

车辆-轨道耦合动力学研究的新进展
翟婉明
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2002(023)002
【摘要】车辆-轨道耦合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域,近10年来发展迅速,并取得重要进展,已形成独特的理论体系.本文首先简要回顾了车辆-轨道耦合动力学的研究历史,并对国内外研究进展作了概要介绍;在此基础上着重介绍了作者及其课题组近期开展的研究工作及主要研究结果,包括理论模型、计算机仿真、试验验证、参数确定及应用实践等方面的具体进展;最后指出了机车车辆与轨道系统动力学领域今后拟进一步研究的问题.
【总页数】14页(P1-14)
【作者】翟婉明
【作者单位】西南交通大学,列车与线路研究所,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
【相关文献】
1.机车车辆横向动力学性能仿真——车辆-轨道耦合模型与传统车辆模型的比较[J], 王开云;翟婉明;蔡成标
2.弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究 [J], 孙明昌;曾京;徐志胜
3.机车车辆-轨道耦合动力学研究取得系统性成果荣获2005年度国家科技进步一等奖 [J],
4.机车车辆-轨道耦合动力学研究及应用成果荣获国家科技进步一等奖 [J],
5.我国铁路大系统动力学研究的首部专著──评《车辆──轨道耦合动力学》 [J], 杨照久;沈志元;沈志元;沈志元;沈志元
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轨道交通系统列车轮轨动力学特性研究随着城市化进程的不断加快，轨道交通成为越来越多城市的首要交通工具，其安全、舒适性、可靠性成为影响城市交通发展的重要因素。

而列车轮轨动力学特性研究则是轨道交通系统安全性能评估和轮轨磨损问题解决的关键步骤。

轨道交通系统列车轮轨动力学特性包括列车-轨道耦合振动、轮轨接触力、轨道动态强度、轮轨磨损等几个方面。

其中，列车-轨道耦合振动是指轨道和列车之间发生的振动，由于轮轨系统是一个复杂的非线性系统，因此列车-轨道耦合振动会对列车的运行稳定性、安全性、乘车舒适度等方面产生影响。

轮轨接触力是指轮轨接触面产生的压力和剪力，其大小与列车速度、载荷、轮轨几何形状等因素均有关系。

轨道动态强度是指轨道的强度在列车通过时受到的振动干扰，对轨道的安全性能和使用寿命产生影响。

轮轨磨损是轴承载荷作用下，由于轮轨来回滚动，轮轨间的磨擦力产生的磨损问题。

对于轨道交通系统来说，列车-轨道耦合振动是一个相当重要的挑战。

列车振动会对组成列车的轮、枢纽、车体、车辆间连接和地面构造等构件造成损伤，从而可能导致列车的失控行驶、噪音和振动加剧，对轨道的影响可能会影响其结构和响应，而振动对结构的影响可能进一步加剧振动。

当前，轨道交通系统列车轮轨动力学特性研究是一个热门的研究领域，其中涉及到列车运行理论、轨道材料学、计算力学、动力系统控制、无损检测技术等多个学科和领域。

除了通过理论计算和模拟分析来了解列车轮轨动力学特性外，还需要通过现场测试和实验室试验来验证理论计算的准确性，以及通过试验数据分析来确定列车轮轨系统的故障和损伤原因。

随着新技术、新材料、新理论的不断涌现，在轨道交通有着诸多挑战和机遇的背景下，轨道交通系统列车轮轨动力学特性研究有望在未来得到更广泛、更深入的探索和应用。