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第1章 绪论1

1.1 轨道检测概述2

1.1.1 轨道不平顺的基本知识2

1.1.2 轨道病害的基本知识6

1.1.3 道岔的基本知识9

1.1.4 轨道质量指数的基本知识14

1.2 轨道检测技术的国内外研究现状15

1.2.1 不平顺检测15

1.2.2 轨道病害研究16

1.2.3 道岔病害研究17

1.2.4 TQI预测20

1.3 本书的主要内容21

参考文献22

第2章 城轨车辆动力学模型27

2.1 城轨车辆垂向悬挂系统动力学建模27

2.1.1 城轨车辆垂向悬挂系统的微分方程描述27

2.1.2 城轨车辆悬挂系统的状态空间模型与频域响应分析30

2.1.3 基于功率谱函数的轨道模拟及车辆模型时域响应仿真34

2.1.4 模型的特点与局限35

2.2 城轨车辆横向动力学分析35

2.2.1 整车横向动力学系统的微分方程描述35

2.2.2 整车横向动力学系统的状态空间模型39

2.2.3 整车横向动力学系统的频域响应分析43

2.3 SIMPACK城轨车辆整车动力学仿真实验模型48

2.3.1 SIMPACK软件介绍48

2.3.2 城轨车辆整车动力学仿真实验模型的搭建50

2.4 本章小结52

参考文献53

第3章 轨道检测数字信号处理基础54

3.1 时域分析理论54

3.2 频域分析理论55

3.2.1 频谱分析55

3.2.2 频域特征值56

3.3 小波分析的基本原理57

3.3.1 连续小波变换58

3.3.2 小波包分解58

3.4 希尔伯特-黄变换60

3.5 支持向量机的基本原理65

3.5.1 支持向量机概述65

3.5.2 支持向量机分类原理66

3.6 本章小结67

参考文献67

第4章 基于运营车辆的轨道不平顺检测系统与超限等级标准69

4.1 轨道不平顺检测系统的组成69

4.2 传感器的选用标准71

4.3 轨道不平顺检测系统数据采集设备71

4.4 轨道不平顺检测系统数据处理设备72

4.5 轨道不平顺检测系统软件73

4.6 轨道动态不平顺超限等级标准概述75

4.7 轨道不平顺检测数据及处理流程76

4.8 轨道不平顺数据分析举例及超限等级标准制定77

4.8.1 高低不平顺数据分析及超限等级标准制定方法78

4.8.2 轨向不平顺数据分析及超限等级标准制定方法80

4.9 轨道不平顺检测系统超限等级标准可用性验证83

4.10 轨道不平顺检测系统检测可重复性验证84

4.11 本章小结94

参考文献94

第5章 钢轨健康状态检测95

5.1 各项轨道不平顺振动谱分析95

5.1.1 轨道不平顺度简介95

5.1.2 轨道不平顺的分类96

5.2 基于转向架振动加速度谱的钢轨健康状态分析100

5.3 基于均方根及峰峰值的钢轨健康状态分析107

5.4 本章小结110

参考文献110

第6章 钢轨核伤建模与检测技术研究111

6.1 钢轨核伤病害111

6.1.1 钢轨核伤的产生机理及扩展111

6.1.2 钢轨核伤拟合模型113

6.1.3 SIMPACK弹性体建模114

6.2 基于核伤钢轨的整车动力学模型115

6.2.1 刚性轮轨接触模型的建立115

6.2.2 车辆仿真模型的建立117

6.2.3 存在核伤病害的弹性钢轨建模119

6.3 钢轨核伤处转向架加速度信号的时频分析121

6.3.1 时域分析121

6.3.2 频域分析123

6.3.3 不同车速下的车辆转向架振动加速度信号时频特性127

6.4 小波分析与希尔伯特-黄变换在钢轨核伤检测中的应用131

6.4.1 小波分析在钢轨核伤检测中的应用131

6.4.2 希尔伯特-黄变换在钢轨核伤检测中的应用137

6.4.3 系统模态分析143

6.5 本章小结146

参考文献147

第7章 波浪形磨耗建模与检测技术研究149

7.1 基于SIMPACK的钢轨波浪形磨耗建模149

7.1.1 钢轨波浪形磨耗病害149

7.1.2 基于波磨钢轨的整车动力学模型151

7.2 钢轨波磨处转向架加速度振动信号的时频分析153

7.2.1 时域分析153

7.2.2 频域分析155

7.3 小波分析156

7.4 希尔伯特-黄变换分析160

7.5 本章小结163

参考文献163

第8章 轨缝低接头病害建模与检测技术研究164

8.1 基于SIMPACK的轨缝低接头建模164

8.1.1 轨缝低接头的形成164

8.1.2 钢轨轨缝低接头拟合模型164

8.2 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的时域分析166

8.3 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的功率谱密度分析168

8.4 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的小波分析169

8.5 轨缝低接头处转向架加速度振动信号的希尔伯特-黄变换172

8.6 上海地铁1号线实际数据分析174

8.7 本章小结183

参考文献183

第9章 车辆-道岔病害建模与检测技术研究184

9.1 道岔建模184

9.1.1 道岔的构造184

9.1.2 道岔建模原理185

9.1.3 道岔病害的模拟190

9.2 转向架振动加速度信号分析194

9.2.1 尖轨不密贴信号分析194

9.2.2 尖轨轧伤信号分析198

9.2.3 叉心沉落信号分析202

9.2.4 导曲线反超高207

9.3 基于SVM的道岔病害识别211

9.4 模型验证及可行性分析224

9.4.1 基于实验台的模型验证225

9.4.2 工程应用可行性分析235

9.5 本章小结244

参考文献244

第10章 神经网络预测TQI245

10.1 BP神经网络预测TQI245

10.1.1 BP神经网络简介245

10.1.2 BP神经网络输入、输出样本246

10.1.3 BP神经网络结构设计247

10.1.4 BP神经网络预测流程249

10.1.5 BP神经网络预测结果249

10.1.6 网络输入样本优化及预测结果250

10.2 灰色神经网络预测TQI252

10.2.1 灰色神经网络252

10.2.2 遗传算法优化的灰色神经网络255

10.3 泛化回归神经网络预测TQI258

10.4 支持向量机神经网络预测TQI260

10.5 本章小结263

参考文献264