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第1章 绪论1

1.1 机车车辆产品设计演变1

1.1.1 机车1

1.1.2 客车和动车组4

1.1.3 货车6

1.2 轨道车辆设计基本原则8

1.2.1 车辆设计总体原则8

1.2.2 车体设计原则9

1.2.3 转向架设计原则9

1.3 现代设计理论和方法11

1.3.1 优化设计13

1.3.2 疲劳可靠性设计14

1.3.3 虚拟设计14

1.3.4 创造性设计16

1.3.5 现代设计方法在产品开发中的重要性16

1.4 轨道车辆现代设计方法16

参考文献17

第2章 车体结构设计18

2.1 车辆强度设计内涵及其技术进展18

2.1.1 车辆强度设计的内涵18

2.1.2 轨道车辆结构设计与分析技术的进展20

2.2 客车车体设计21

2.2.1 设计规范概述21

2.2.2 作用在车体上的载荷22

2.2.3 应力评定29

2.2.4 车体刚度评定31

2.2.5 振动模态32

2.2.6 客车强度标准的发展趋势33

2.2.7 轨道车辆车体结构的有限元模型及计算实例34

2.3 货车车体设计36

2.3.1 设计规范概述36

2.3.2 车辆基本作用载荷（或力）及其组合36

2.3.3 应力评定40

2.3.4 AAR标准与我国标准的比较40

2.4 低阻力车体设计41

2.4.1 列车车体空气动力学问题41

2.4.2 高速列车外形设计44

2.5 轻量化车体设计47

2.5.1 车体轻量化的必要性47

2.5.2 轻金属材料的选择47

2.5.3 新型轻质结构材料及其在车体结构中的应用51

2.5.4 结构优化设计理论53

2.5.5 车体结构优化实例——磁浮车车体结构优化55

参考文献58

第3章 环境友好型转向架设计59

3.1 转向架基本型式、功能和组成59

3.1.1 转向架基本型式59

3.1.2 转向架功能61

3.1.3 转向架组成61

3.2 转向架基本性能要求和设计规范71

3.2.1 转向架基本性能要求71

3.2.2 转向架设计规范71

3.2.3 转向架设计基本准则73

3.3 低阻力径向转向架设计76

3.3.1 径向转向架基本概念与动力学原理77

3.3.2 径向转向架基本型式83

3.3.3 国内外低阻力径向转向架实例86

3.3.4 径向转向架设计原则90

3.4 低噪声转向架设计91

3.4.1 轮轨系统噪声及限制标准91

3.4.2 轮轨滚动噪声分析100

3.4.3 降低轮轨滚动噪声技术109

3.5 转向架弹性及减振元件设计122

3.5.1 金属－橡胶复合弹簧122

3.5.2 磁流变液减振器134

3.5.3 位移选择型减振器PDD143

3.5.4 频率选择型减振器FSD146

参考文献147

第4章 疲劳可靠性设计149

4.1 疲劳破坏与疲劳设计149

4.1.1 疲劳破坏的特点149

4.1.2 疲劳破坏过程150

4.1.3 疲劳设计方法151

4.2 疲劳载荷谱152

4.2.1 疲劳载荷及其分类152

4.2.2 随机疲劳载荷的处理及编谱152

4.3 材料强度－寿命曲线154

4.3.1 疲劳应力循环154

4.3.2 S-N曲线154

4.3.3 ε-N曲线155

4.3.4 循环应力－应变曲线156

4.4 疲劳寿命分析157

4.4.1 疲劳寿命评估方法157

4.4.2 疲劳累积损伤理论162

4.4.3 疲劳寿命分析流程165

4.5 疲劳强度与寿命评定168

4.5.1 应力应变疲劳寿命估算法168

4.5.2 等效应力幅评估法168

4.5.3 疲劳极限线图法169

4.6 基于标准的疲劳寿命评估方法170

4.6.1 基于AAR标准170

4.6.2 基于FKM标准171

4.6.3 基于ⅡW标准174

4.7 车体结构疲劳寿命分析实例175

参考文献177

第5章 被动安全设计178

5.1 车辆被动安全技术概述及耐撞击安全性能评价178

5.1.1 车辆被动安全技术概述178

5.1.2 轨道车辆耐撞击安全性能评价标准181

5.2 车辆被动安全系统组成及设计182

5.2.1 车辆碰撞的能量182

5.2.2 车辆被动安全系统的设计及其组成183

5.3 轨道车辆撞击吸能元件及装置186

5.3.1 吸能元件及结构的原理和要求186

5.3.2 薄壁圆管轴向碰撞吸能特性187

5.3.3 防爬器188

5.4 乘员二次碰撞安全防护190

5.4.1 撞击伤害及其影响因素190

5.4.2 乘员碰撞安全防护设计192

5.5 车辆碰撞仿真和试验技术193

5.5.1 车辆碰撞仿真分析技术193

5.5.2 车辆碰撞试验技术197

5.6 设计分析案例200

5.6.1 地铁车辆耐碰撞仿真分析200

5.6.2 高速动车组203

参考文献209

第6章 多学科设计优化210

6.1 优化设计方法210

6.1.1 优化问题基本概念210

6.1.2 优化问题分类211

6.1.3 优化方法212

6.2 无约束问题的优化方法214

6.2.1 基于导数的优化算法214

6.2.2 非导数的优化算法216

6.3 约束问题的优化方法220

6.4 多学科设计优化221

6.4.1 多学科设计优化起源与发展221

6.4.2 多学科设计优化理论223

6.4.3 多学科设计优化平台OPTIMUS234

6.5 案例分析：基于多学科设计优化的高速轮对车轮型面镟修238

6.5.1 问题提出238

6.5.2 车轮型面镟修多学科设计优化数学模型239

6.5.3 优化镟修算例242

6.5.4 优化镟修后对车辆动力学性能的影响分析244

参考文献245

第7章 虚拟设计246

7.1 虚拟设计与虚拟样机246

7.1.1 需求样机249

7.1.2 概念样机249

7.1.3 工程样机249

7.1.4 最终原型样机250

7.2 虚拟设计与虚拟现实253

7.3 轨道车辆虚拟样机建模与仿真257

7.3.1 多体系统动力学基础257

7.3.2 多体系统动力学虚拟样机建模与仿真275

7.3.3 机械－控制系统虚拟样机建模与仿真284

7.3.4 参数化建模与优化分析288

7.4 轨道车辆虚拟设计仿真平台291

7.4.1 平台开发意义和必要性291

7.4.2 平台总体架构293

7.4.3 平台组织架构及配置294

7.4.4 轮轨接触几何和虚拟镟修模块296

7.4.5 全参数化车辆多体动力学模型300

7.4.6 动力学仿真模块307

7.4.7 FEA静强度分析模块316

7.4.8 疲劳分析模块318

7.4.9 虚拟现实功能模块320

7.4.10 平台工程应用320

参考文献321