高速铁路道岔设计理论与实践(第三版)

目录**章 概述 1**节 高速铁路道岔性能要求与设计理念 1一、高速铁路道岔的性能要求 2二、高速铁路道岔的设计理念 2三、高速铁路道岔的技术特点 3四、高速铁路道岔的发展趋势 4第二节 中国高速铁路道岔运用状态及评估 5一、中国高速铁路长期安全运营面临的挑战 6二、中国高速铁路动车组运用状态 7三、中国高速铁路轨道结构运用状态 15四、中国高速铁路道岔运用状态 39第三节 高速铁路道岔设计、分析理论及发展方向 48一、高速列车-道岔系统耦合动力学分析理论 49二、高速铁路道岔转换及控制分析理论 51三、高速铁路道岔部件疲劳强度分析理论 52四、高速铁路道岔设计评估及验证技术 53本章小结 53参考文献 54第二章 高速铁路道岔轮轨稳态滚动接触理论 57**节 高速铁路道岔轮轨静态接触几何关系 57一、道岔钢轨廓形的数学描述 57二、基于道岔区变截面特点的轮轨接触几何算法——法向切割法 62三、轮轨准弹性接触计算 66四、道岔区多点接触计算 68第二节 高速铁路道岔轮轨接触几何关系评价 72一、轮对横移量分布规律 72二、道岔区等效锥度 73三、基于*大概率轮对横移的道岔结构不平顺 76四、道岔区接触带宽 76第三节 道岔区三维非赫兹轮轨稳态滚动接触行为 77一、轮轨滚动接触理论的发展 77二、三维非对称接触几何的轮轨滚动接触行为 81三、*面接触时的轮轨滚动接触行为 88四、高速铁路道岔区轮轨滚动接触行为 91第四节 轮轨三维非赫兹滚动接触快速算法 97一、基于影响因子的滚动接触模型及其算法INFCON 98二、算法验证与分析 100三、简化算法在列车-轨道动力学中的应用 103本章小结 104参考文献 104第三章 高速铁路道岔轮轨弹塑性瞬态滚动接触理论 107**节 轮轨系统动力学及滚动接触研究历程 107一、轮轨系统动力学研究现状分析 107二、轮轨滚动接触理论研究现状分析 108第二节 有限元法轮轨弹塑性滚动接触理论 111一、有限元参数二次规划法 112二、基于ALE方法的滚动接触有限元 113三、基于ALE方法的道岔轮轨接触行为 115第三节 轮轨三维弹塑性瞬态滚动接触理论 117一、基本理论及算法描述 118二、三维轮轨瞬态滚动接触模型的建立 128三、光滑接触表面滚动接触行为 131四、基于显式有限元法建立的三维轮轨高速滚动接触模型特点 134第四节 转辙器区轮轨瞬态滚动接触的显式有限元算法及接触行为 135一、控制及边界条件 136二、基于轮轨相互作用的显式有限元模型计算流程 141三、转辙器区轮轨瞬态滚动接触行为研究 142第五节 高速铁路道岔辙叉部分瞬态轮轨接触行为分析 164一、动态轮轨力 164二、接触应力 165三、等效应力 166四、黏滑分布 166本章小结 167参考文献 167第四章 高速列车-道岔刚柔耦合动力学分析模型 171**节 列车-道岔系统动力学的发展现状 171一、轮轨系统动力学的发展现状 172二、列车-道岔系统动力学发展现状 179第二节 高速列车-道岔刚柔耦合系统动力学建模 181一、刚柔耦合系统动力学原理 182二、高速列车及柔性轮对模型 184三、基于模态叠加法的高速铁路道岔动力学模型 195四、轮轨接触模型 206第三节 高速铁路道岔区轮轨系统动力学行为 209一、道岔区轮轨动态相互作用 209二、轮轨系统柔性对道岔区轮轨动态相互作用的影响 210本章小结 217参考文献 217第五章 高速运营车辆通过道岔时的动力响应 222**节 车轮凹形磨耗对高速车辆过岔时的动力影响 222一、车轮踏面廓形演变 222二、道岔转辙器部分轮轨接触行为 223三、车轮凹形磨耗对列车过岔时的动力影响 227第二节 车轮多边形磨耗对高速车辆过岔时的动力影响 232一、多边形车轮数学描述 233二、简谐形式的多边形车轮通过道岔时动力响应 233三、实测多边形车轮通过道岔时动力响应 235第三节 车轮扁疤对高速车辆过岔时的动力影响 238一、扁疤车轮的数学描述 238二、扁疤车轮过岔时的动力学时域响应 239三、扁疤车轮过岔时的动力学频域响应 241第四节 具有轮径差的高速车辆通过道岔时的动力响应 243一、轮径差与转向架运动状态 243二、轮径差对道岔区轮轨接触几何关系的影响 246三、轮径差对道岔区轮轨动态相互作用的影响 248四、轮径差对过岔安全性的影响 251五、轮径差对过岔平稳性的影响 251六、轮径差对钢轨磨耗的影响 252第五节 轮对安装偏转角对高速车辆过岔时的动力影响 253一、初始安装偏转角类型与入岔姿态分析 253二、安装偏转角对道岔区轮轨动态作用的影响 255三、安装偏转角对转辙器部分轮轨接触的影响 258四、安装偏转角对过岔安全性的影响 258五、安装偏转角对过岔平稳性的影响 259六、安装偏转角对轮轨磨耗的影响 259本章小结 260参考文献 260第六章 高速铁路道岔的长时动力学行为分析 261**节 高速铁路道岔*尖轨磨耗特征及影响分析 261一、轮轨磨耗模型 262二、高速铁路道岔*尖轨磨耗的关键动力学参数分析 265三、道岔钢轨磨耗仿真分析方法 270四、高速铁路道岔*尖轨磨耗规律 278五、钢轨磨耗对道岔区轮轨动态响应的影响 281第二节 高速铁路道岔直尖轨滚动接触疲劳行为 283一、道岔钢轨滚动接触疲劳预测模型 284二、高速铁路道岔钢轨滚动接触疲劳系数分布 289三、高速铁路道岔钢轨滚动接触疲劳仿真分析方法 291四、高速铁路道岔直尖轨非工作边水平裂纹分析 295五、高速铁路道岔直尖轨非工作边水平裂纹控制措施 298第三节 道岔钢轨表面层流等离子强化技术研究 299一、层流等离子强化技术工作原理 300二、层流等离子强化钢轨试验研究 301三、道岔尖轨表面强化后的接触行为分析 309四、钢轨表面强化对抑制波磨发展的作用 311五、道岔强化尖轨的应用实践 313本章小结 314参考文献 314第七章 高速铁路道岔钢轨组合廓形设计优化 316**节 400km/h高速铁路道岔钢轨组合廓形设计研究 316一、轮轨型面匹配优化的研究现状 317二、高速铁路道岔转辙器部分组合廓形优化方法 317三、直基本轨廓形优化对轮轨接触几何关系的影响 322四、直基本轨廓形优化对列车-道岔系统动力响应的影响 324五、翼轨抬高对列车-道岔系统动力响应的影响 326第二节 直*组合尖轨线型提高*尖轨耐磨性分析 330一、*股尖轨线型研究现状 330二、高速铁路道岔直*组合*尖轨设计 332三、直*组合*尖轨磨耗特性分析 333四、列车侧向通过直*组合*尖轨时的动力响应分析 334第三节 60N钢轨在高速铁路道岔中的应用研究 337一、60N钢轨廓形设计与实践 337二、60N钢轨高速铁路道岔设计 348三、60N钢轨道岔的动力仿真分析 352四、60N钢轨道岔的疲劳寿命 354五、60N钢轨道岔的试铺及动测试验 356第四节 高速铁路道岔钢轨打磨廓形设计 358一、钢轨打磨技术 358二、高速铁路道岔打磨技术 361三、高速铁路道岔打磨廓形优化 366四、高速铁路道岔直股廓形优化对道岔性能的影响 369五、高速铁路道岔侧股廓形优化对道岔性能的影响 372本章小结 374参考文献 375第八章 短波激励下高速轮轨滚动接触与瞬态响应 376**节 车轮局部损伤引起的轴箱加速度响应 376一、车轮擦伤引起的轴箱加速度响应 376二、车轮硌伤下的滚动接触及瞬态响应 382第二节 钢轨焊缝短波不平顺引起的轮轨瞬态响应 386一、钢轨焊接接头的数学表达 387二、焊接接头处的瞬态响应 388三、基于实测轴箱加速度的钢轨焊接接头质量评估 391四、基于实测焊接接头几何的质量评估 392第三节 钢轨波磨下的轮轨瞬态滚动接触 393一、钢轨波磨几何模型 393二、瞬态轮轨接触 394三、波磨几何的影响 396四、牵引系数的影响 397五、滚动速度的影响 398六、与传统多体动力学模型对比 399七、函数型摩擦系数的影响 399第四节 钢轨断缝处的轮轨瞬态冲击 401一、断缝处瞬态分析模型 402二、断缝长度的影响 402第五节 低黏着区轮轨滚动接触与擦伤萌生 405一、低黏着模型 406二、低黏着区滚动接触行为 406三、低黏着区段长度的影响 409四、牵引系数的影响 409第六节 高速轮轨瞬态滚动接触模型的其他工程应用 411一、考虑橡胶垫板非线性力学行为时轮轨高频振动 411二、轨道结构动荷载放大系数的确定 414三、轨腰螺栓孔动力响应分析 416四、轨枕承轨槽接触应力分析 419本章小结 420参考文献 421第九章 道岔区列车脱轨机理及评判准则研究 424**节 道岔区轮对准静态脱轨安全限值研究 425一、车辆脱轨评判准则的研究现状 425二、轮对三维准静态脱轨分析 428三、道岔转辙器部分轮对爬轨行为分析 434四、道岔转辙器部分轮对爬轨临界限值 438第二节 组合廓形下的轮对动态脱轨过程分析 441一、轮对动态脱轨仿真模型 441二、轮对动态脱轨临界状态的判识 442三、轮对动态脱轨过程中的接触行为 443第三节 道岔区轮对动态脱轨仿真分析 446一、轮对通过道岔转辙器部分的动态脱轨仿真 446二、轮对过岔动态脱轨影响因素分析 450三、轮重减载对过岔动态脱轨的影响 452四、基于多体动力学软件进行列车脱轨仿真分析 453第四节 列车通过小号码道岔的安全性提升技术 458一、导*线半径对转辙器部分脱轨安全性的影响 459二、岔前*线及其半径对过岔安全性的影响 460三、岔前夹直线长度对过岔安全性的影响 463四、尖轨降低值对过岔安全性的影响 465五、构架在岔区的动态脱轨行为及影响因素分析 467六、道岔钢轨磨耗对过岔安全性的影响 476本章小结 483参考文献 483第十章 高速铁路道岔转换运动与关键部件动力特性 485**节 考虑锁闭装置运动的尖轨转换力计算分析 485一、道岔转换力计算