轨道车辆结构分析理论 -中南大学出版社

轨道车辆结构分析理论

【作者】：田红旗
【出版时间】：2009-03
【字数】：342（千字）
【定价】：￥36.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-713-3
【页码】：384（页）
【开本】：32开

全书共八章,包括轨道车辆承受的载荷及结构分析标准、杆系结构计算理论基础、线弹性结构计算理论基础、弹性静动力学有限单元法、材料和几何非线性理论、轨道车辆结构弹性静动强度分析方法、线性及非线性计算实例。

第一章绪论……………………………………………… (1)
1.1 轨道车辆结构分析的主要内容……………………… (1)
1.2 有限单元法的基本概念……………………………… (2)
1.3 涉及的力学基础理论………………………………… (8)
1.4 本书涵盖的内容…………………………………… (10)
第二章轨道车辆承受的载荷及结构分析标准……… (12)
2.1 作用于车体上的载荷和组合……………………… (13)
2.1.1 作用于车体上载荷…………………………… (13)
2.1.2 作用于车体上载荷的组合…………………… (24)
2.2 作用于转向架上的载荷和组合…………………… (25)
2.2.1 作用于转向架上的载荷……………………… (25)
2.2.2 作用于转向架上载荷的组合………………… (45)
2.3 轨道车辆结构分析标准…………………………… (45)
第三章杆系结构计算理论基础………………………… (47)
3.1 静定结构与超静定结构…………………………… (47)
3.1.1 几何不变体系………………………………… (47)
3.1.2 静定结构、超静定结构………………………… (49)
3.2 结构位移计算……………………………………… (51)
3.2.1 虚功和虚功原理……………………………… (51)
3.2.2 载荷作用下的静定结构位移计算…………… (54)
3.2.3 弹性结构的互等定理………………………… (57)
3.3 力法………………………………………………… (59)
3.3.1 超静定结构多余联系解除方法……………… (59)
3.3.2 力法基本原理………………………………… (61)
3.3.3 力法的典型方程及计算步骤………………… (63)
3.3.4 结构对称性利用……………………………… (65)
3.4 位移法……………………………………………… (68)
3.4.1 等截面直梁的转角位移方程………………… (69)
3.4.2 等截面直梁支座位移的杆端内力…………… (71)
3.4.3 位移法的基本未知数和基本结构…………… (72)
3.4.4 位移法的典型方程及计算步骤……………… (75)
3.4.5 结构对称性利用……………………………… (77)
第四章线弹性体结构计算理论基础………………… (79)
4.1 线弹性体结构计算概述…………………………… (79)
4.2 弹性力学中的几个基本概念……………………… (80)
4.2.1 作用于弹性体的外力………………………… (80)
4.2.2 应力与应力状态……………………………… (82)
4.2.3 位移、形变与形变状态………………………… (85)
4.3 弹性力学中的几个基本假设……………………… (86)
4.4 弹性力学空间问题基本方程……………………… (87)
4.4.1 平衡微分方程………………………………… (88)
4.4.2 应力分量边界值与面力分量的关系………… (89)
4.4.3 主应力和应力不变量………………………… (90)
4.4.4 最大、最小正应力和剪应力…………………… (93)
4.4.5 位移分量、应变分量、几何方程……………… (95)
4.4.6 主应变和应变不变量………………………… (99)
4.4.7 物理方程……………………………………… (100)
4.5 弹性力学平面问题物理方程……………………… (102)
4.5.1 平面应力问题………………………………… (102)
4.5.2 平面应变问题………………………………… (103)
4.6 弹性力学基本方程的矩阵、张量形式…………… (104)
4.6.1 基本方程的矩阵形式………………………… (104)
4.6.2 基本方程的张量形式………………………… (107)
4.7 微分方程等效积分“弱”形式的虚功原理………… (111)
4.7.1 等效积分的“弱”形式………………………… (112)
4.7.2 虚位移原理…………………………………… (113)
4.7.3 虚应力原理…………………………………… (115)
第五章弹性静力学问题有限单元法………………… (119)
5.1 杆系结构基本单元………………………………… (119)
5.1.1 二力杆单元…………………………………… (120)
5.1.2 等截面直梁单元……………………………… (128)
5.2 杆系结构静力分析过程…………………………… (133)
5.2.1 桁架结构静力分析…………………………… (133)
5.2.2 结构静力分析过程小结……………………… (143)
5.3 平面问题基本单元………………………………… (146)
5.3.1 常应变三结点三角形平面板单元…………… (147)
5.3.2 双线性位移模式四结点矩形平面板单元…… (154)
5.3.3 等参曲边平面板单元———曲边四边形平面板单元
………………………………………………… (159)
5.4 单元位移模式及有限单元法解的收敛…………… (165)
5.5 空间问题基本单元………………………………… (169)
5.5.1 常应变四面体单元…………………………… (169)
5.5.2 轴对称问题的三角形截面环单元…………… (172)
5.6 承受法向载荷的二维形状单元…………………… (177)
5.6.1 四结点矩形弯曲板单元……………………… (178)
5.6.2 平面壳体单元………………………………… (183)
5.7 等参单元数值积分法……………………………… (185)
5.7.1 数值积分概述………………………………… (185)
5.7.2 一维高斯积分………………………………… (186)
5.7.3 二维、三维高斯积分………………………… (189)
5.8 大型线性方程组的解法…………………………… (190)
5.8.1 矩阵三角分解法的基本原理………………… (190)
5.8.2 平方根法(Cholesky分解法)………………… (191)
5.8.3 改进的平方根法(L·D·LT分解法) ………… (192)
5.9 轨道车辆结构静强度计算………………………… (194)
5.9.1 建立结构计算力学模型……………………… (194)
5.9.2 选定用于结构计算的载荷及其组合方式…… (197)
5.9.3 互联单元的偏心连接———主从结点及虚拟弹性
臂单元………………………………………… (199)
5.9.4 关于应力计算结果的处理…………………… (209)
第六章弹性动力学问题有限单元法………………… (211)
6.1 弹性动力学有关问题……………………………… (211)
6.1.1 动力学问题分类……………………………… (211)
6.1.2 动力荷载……………………………………… (212)
6.1.3 结构计算过程………………………………… (213)
6.2 质量矩阵…………………………………………… (214)
6.3 固有振动频率和主振型…………………………… (217)
6.3.1 结构的固有振动频率和主振型……………… (217)
6.3.2 正则振型的幅值及其对质量、刚度矩阵的正
交性…………………………………………… (219)
6.4 模态分析与动力求解的振型叠加法……………… (222)
6.4.1 模态分析……………………………………… (223)
6.4.2 求解单自由度系统振动方程………………… (230)
6.4.3 振型叠加法进行动力求解的全过程………… (236)
6.5 大型特征值问题的解法…………………………… (238)
6.5.1 逆迭代法……………………………………… (238)
6.5.2 子空间迭代法………………………………… (243)
6.5.3 Ritz向量、Lanczos向量直接叠加法………… (244)
6.6 动力求解的直接积分法…………………………… (250)
6.6.1 中心差分法…………………………………… (251)
6.6.2 Newmark方法………………………………… (256)
6.6.3 Wilson-θ法基本原理……………………… (259)
6.7 轨道车辆结构动强度分析………………………… (260)
第七章材料非线性理论………………………………… (263)
7.1 材料塑性变形与非线性问题……………………… (263)
7.2 塑性力学基础知识………………………………… (264)
7.2.1 材料塑性变形的规律及特点………………… (264)
7.2.2 应力、应变状态……………………………… (272)
7.2.3 应变速率、应变增量、应力增量…………… (276)
7.3 塑性力学基本方程………………………………… (278)
7.3.1 复杂应力状态下弹性区与塑性区分界面的确定
………………………………………………… (279)
7.3.2 杜拉克(Drucker)强化公设………………… (288)
7.3.3 增量理论、增量型(弹)塑性本构关系……… (291)
7.3.4 全量理论、全量型弹塑性本构关系………… (298)
7.4 非线性代数方程组的数值解法…………………… (305)
7.4.1 直接迭代法…………………………………… (305)
7.4.2 牛顿法和修正的牛顿法……………………… (307)
7.4.3 增量法………………………………………… (309)
7.5 材料非线性问题有限单元法……………………… (313)
7.5.1 材料非线性弹性问题有限单元法…………… (314)
7.5.2 材料弹塑性问题有限单元法………………… (315)
7.5.3 载荷增量步长的自动选择…………………… (323)
7.6 轨道车辆结构分析的材料非线性计算…………… (325)
第八章几何非线性理论………………………………… (327)
8.1 几何非线性问题的应变、应力度量……………… (327)
8.1.1 几何方程与应变度量………………………… (327)
8.1.2 应力度量……………………………………… (331)
8.2 几何非线性问题的平衡方程与虚位移原理……… (337)
8.2.1 力的平衡方程………………………………… (337)
8.2.2 虚位移原理…………………………………… (339)
8.2.3 虚位移方程线性化…………………………… (343)
8.3 几何非线性问题的本构关系……………………… (345)
8.3.1 大位移、大转动、小应变问题的本构关系
………………………………………………… (345)
8.3.2 大位移、大转动、大应变问题的本构关系
………………………………………………… (347)
8.4 几何非线性问题有限单元法……………………… (352)
8.4.1 建立有限元求解方程………………………… (352)
8.4.2 方程解法……………………………………… (355)
8.5 结构稳定性和屈曲问题…………………………… (359)
8.5.1 结构失稳的临界载荷………………………… (359)
8.5.2 线性稳定性分析……………………………… (362)
8.5.3 非线性稳定性分析…………………………… (363)
8.6 轨道车辆结构稳定性分析实例…………………… (365)
8.6.1 建立计算力学模型…………………………… (365)
8.6.2 结构静力分析………………………………… (367)
8.6.3 线性稳定性分析……………………………… (367)
8.6.4 非线性稳定性分析…………………………… (368)
参考文献……………………………………………………… (372)

作者从20世纪80年代中期开始进行轨道车辆结构强度方面的研究。到目前为止,完成或主持完成的车辆结构强度计算与分析的车型/车种有70余种,包括提速客运列车的客车和机车,提速和高速动车组的动车和拖车,磁浮高速列车的车辆,货运列车的敞车、棚车、平车、罐车、特种货车、专用货车以及出口货车等。

轨道车辆结构强度计算与分析的内容包括静强度和动强度问题、结构和材料非线性问题。由于目前机械类和交通运输类的本科专业很少开设结构力学、弹塑性力学、板壳理论等基础课程,因此,在“载运工具运用工程”专业的研究生培养中需要增加这些内容。

正是在上述背景下,作者以多年来为研究生讲授的学位课程《弹塑性力学有限单元法》讲稿为基础,结合研究生培养和科研工作的经验,编著了本书。

在本书出版之际,作者谨向支持、关心作者的各有关单位、个人致以诚挚的谢意。特别感谢导师中南大学的卢执中教授,本书内容渗透着导师的心血和智慧。卢执中教授仔细审阅并修改了全部书稿,中南大学的鲁寨军老师、姚松老师、高广军老师、姚曙光老师核查了书稿中的所有公式,提供了算例。特别感谢中南大学轨道交通安全实验室的同事们多年来的支持与团结合作。衷心感谢中南大学出版社的大力支持、精心审稿与编辑。

限于作者水平,书中难免有错误和不妥之处,敬请读者批评指正。

本书可供从事轨道车辆方面的科研人员、教师和工程技术人员使用,也可作为研究生或本科生的教材或参考书。

作者
2008年12月7日
于长沙