2021级-《车辆动力学基础》课程大纲（吴兵）-新版.docx

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1、车辆动力学基础课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Fundamenta1sofRai1wayVehic1eDynamics课程代码UMTV2001课程性质专业必修课程授课对象车辆工程专业学分2.0学时36主讲教师吴兵修订日期2023年7月15日指定教材任尊松编著.车辆动力学基础.北京：中国铁道出版社,2009年.二、课程目标（一）总体目标：本课程是铁道车辆工程专业的一门专业必修课程。让学生在掌握铁道车辆结构的基础上,从动力学角度了解、掌握铁道车辆动力学的基本理论和准则。通过本课程的学习，学生可以掌握铁道车辆动力学分析的方法，为从事铁路客车和城市轨道交通的制造、维护、测试等工作打下良好的基础。本

2、课程理论性较强，通过本课程可以拓展学生己有的力学知识，建立振动力学基础体系，学会建立简单的铁道车辆的动力学方程并分析简单问题的振动响应。通过数值仿真使学生能够掌握车辆动力学的评价指标，为后续从事复杂车辆工程问题，比如车辆结构设计、车辆-轨道耦合动学的研究提供坚实的基础。（二）课程目标：课程目标1：建立振动力学基础体系，掌握建立铁道车辆的动力学方程的方法并能够分析简单问题的振动响应；课程目标2：掌握引起车辆振动的原因、振动的形式、车辆动力学指标概念；通过车辆结构和动力学理论学习，能够初步提出复杂车辆动力学的力学模型；课程目标3：掌握铁道车辆结构的基础上，从动力学角度了解、掌握铁道车辆动力学的基本

3、理论和车辆安全、平稳运行的条件和评价准则；课程目标4：能够利用车辆动力学理论从车辆运行性能角度来判定车辆典型零部件比如悬挂装置中诸如弹簧和各种弹簧元件、减振器、弹簧支承以及各种拉杆、定位装置等的结构型式的选择是否合理，设计参数是否选用恰当。课程目标5：培养学生分析车辆振动、解决车辆动力学问题的创新能力，了解车辆工程专业领域的发展趋势、研究热点。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、2、3、5、10。毕业要求观测点1-4.能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析车辆复杂工程问题，并用于车辆复杂工程问题解决方案的比较与综合。毕业要求观测点2-4.能够通过

4、开展理论学习与文献研究，设计并改进轨道车辆部件与结构建模、分析与设计的解决方案，以使得结论趋于合理；毕业要求观测点3-3.能够针对车辆部件与结构进行分析与设计，在设计中体现创新意识，并能够考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。毕业要求观测点5-3.能够针对车辆工程领域具体的对象，选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。毕业要求观测点10-2.了解车辆工程专业领域的发展趋势、研究热点，理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性。表1:课程目标与毕业要求的对应关系表毕业要求课程目标毕业要求观测点1-4（权重0.2）毕业要求观测点2-4（权重0.3）毕业要求观测点3-3

5、（权重0.3）毕业要求观测点5-3（权重0.3）毕业要求观测点10-2（权重0.3）课程目标1课程目标2课程目标3课程目标47课程目标5表2：课程目标与课程内容的对应关系表课程目标对应课程内容课程目标1第一早，第二早，弟力.早课程目标2第一章，第二章，第三章课程目标3第二章，第五章课程目标4第四章课程目标5第一章，第五章三、教学内容第一章概论（一）教学目标（1） 了解车辆动力学研究内容、目的和方法；（2） 了解我国铁道车辆未来发展趋势；（二）重点与难点1 .重点（1）铁路车辆动力学研究目的和世界轮轨铁路发展趋势；2 .难点无（三）教学内容（1）铁道车辆的发展；（2）车辆系统动力学发展概述；（3

6、）车辆系统动力学研究概述；（四）教学方法课堂授课和课后复习（五）教学评价回答以下问题：（1）车辆系统动力学学习目的、研究内容及方法；（2）车辆动力学未来发展有哪些方面？第二章机车车辆与线路模型及标准（一）教学目标（1）能够将所学机械振动知识应用到机车车辆的建模分析中，针对各自由度简化车辆模型分析动力学响应；（2） 了解引起车辆振动的几种因素；（3）掌握关于脱轨系数、减载率、轮轨横向力安全性指标和舒适性指标的限定标准；掌握脱轨系数的推导；（二）教学内容(I)机车车辆的数学力学模型；(2)引起机车车辆振动的原因；(3)车辆动力学评价指标；()重点与难点1 .重点(1)脱轨系数、减载率、轮轨横向力安

7、全性指标和舒适性指标的限定标准;(2)车辆系统动力学力学模型的建立；2 .难点(1)摩擦减振器方程的建立、求解及分析；(四)教学方法课堂授课、课后习题及课后复习(五)教学评价回答以下问题：(1)车辆系统动力学学习目的、研究内容及方法；(2)车辆动力学未来发展有哪些方面？(3) SPerIing评价指标推导过程；(4)脱轨系数推导过程；(5)车辆系统垂向、横向动力学模型建立；(6)摩擦减振器方程建立和响应分析。第三章轮轨接触几何和轮轨滚动接触理论(一)教学目标(1)掌握对车辆动力学性能有显著影响的轮对结构参数的物理意义；(4) 了解试凑法求解轮轨接触几何；(5) 了解求解轮轨间蠕滑力的几种方法及

8、其优缺点；(二)教学内容(1)轮对结构对车辆动力学性能的影响；(2)轮轨接触几何计算；(3)轮轨滚动接触理论；(三)重点与难点1 .重点(I)轮对结构参数的物理意义及对车辆动力学特性的影响;(2)轮轨接触几何计算方法：2 .难点(1)轮轨接触几何计算方法的理解。(四)教学方法课堂授课、课后习题及课后复习(五)教学评价回答以下问题：(1)什么是车轮名义直径？(2)与锥型踏面相比于磨耗型踏面具有哪些优点？(3)为什么说有摇头角更容易产生两点接触？(4)重力刚度和重力角刚度的推导过程；(5) UIC519标准等效锥度的推导方法及过程；(6)摩擦减振器方程建立和响应分析。(7)轮轨接触几何参数主要有哪

9、些？(8)迹线法的流程和思路是什么？(9)如何理解轮轨蠕滑现象？(10)简述蠕滑力和蠕滑率之间的关系。(H)简述轮轨蠕滑力常规计算方法。(12)车辆直线运行时轮对自旋现象如何产生？(13)推导单自由度轮轨蠕滑力计算方法。(14)会利用HertZ理解求解轮轨法向接触问题。第四章轴箱定位与中央悬挂(一)教学目标(1) 了解轴箱定位方式对车辆动力学性能的影响；(2) 了解中央悬挂方式对车辆动力学特性的影响；(二)教学内容（I）轴箱定位方式对动力学特性的影响；车辆动力学对轴箱定位刚度要求（弹性定位）、定位目的（临界速度、稳定性、曲线通过以及轮轨磨耗问题）； 重点介绍目前铁道车辆采用的各种定位方式的优缺

10、点。（2）中央悬挂对动力学特性的影响； 重点介绍中央悬挂装置分类及其优缺点； 比较各车型列车轴箱悬挂和中央悬挂的差异，理解高速列车设计中轴箱悬挂和中央悬挂的合理取值；（三）重点与难点1重点（1）铁道车辆采用的各种定位方式的优缺点；（2）高速列车设计中轴箱悬挂和中央悬挂的合理取值；2.难点（1）能够从动力学的角度分析轴箱悬挂和中央悬挂的结构设计的合理性以及两者之间的差异。（四）教学方法课堂授课、课后习题及课后复习（五）教学评价回答以下问题：（1）从动力学角度说明旁承的主要功能；（2）简述车辆静挠度与车体振动频率之间的关系；（3）简要说明轴箱定位刚度对车辆动力学性能影响特性；（4）简要说明中央悬挂

11、参数对车辆动力学性能影响特性；（5）如果动车组运行过程中垂向振动剧烈，试分析可能出现的症结；（6）为降低车体振动频率，常采用的主要措施有哪些？（7）为提高转向架临界速度，轴箱悬挂应采取哪些措施？（8）为最大限度地发挥减振器的作用，减振器一般安装位置怎么设置？（9）比较常见定位方式在车辆动力学方面各自的有缺点；（10）比较不同速度客车转向架悬挂特点。第五章车辆系统曲线通过性能及运动稳定性(一)教学目标(1)掌握铁道车辆蠕滑力导向的机理；(2)掌握轮对蛇行运动机理及线性临界速度的计算方法；(3)了解提高车辆系统稳定性的措施。(二)教学内容(1)蠕滑力导向机理；(2)车辆蛇行运动；(3)车辆临界速度

12、计算方法；(4)提高车辆系统稳定性的方法；()重点与难点1重点(1)铁道车辆蠕滑力导向的机理；(2)线性临界速度的计算方法；2.难点(1)铁道车辆蠕滑力导向的机理；(2)线性临界速度的计算方法；(四)教学方法课堂授课、课后习题及课后复习(五)教学评价回答以下问题：(1)蠕滑力是如何导向的？(2)什么叫蛇行运动？(3)线性临界速度的推导过程；(4)分析可以采取哪些措施来提高或获得车辆系统优良的动力学性能？四、学时分配表2,各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配第一章绪论：铁道车辆和车辆动力学的发展、研究概述3第二章机车车辆与线路模型及标准12第三章轮轨接触几何和轮轨滚动接触理论9第四章

13、轴箱定位与中央悬挂7第五章车辆系统曲线通过性能及运动稳定性5五、教学进度表3：教学进度表周次日期章节名称内容提要授课时数作业及要求备注1-2第一章绪论3完成教学评价问题2-8第二章机车车辆与线路模型及标准12完成教学评价问题8-12第三章轮轨接触几何和轮轨滚动接触理论9完成教学评价问题13-16第四章轴箱定位与中央悬挂7完成教学评价问题16-18第五章复习、答疑车辆系统曲线通过性能及运动稳定性5完成教学评价问题六、教材及参考书目1 .教材：m任尊松编著.车辆动力学基础.北京：中国铁道出版社,20()9.2高淑英，沈火明.线性振动教程.北京：中国铁道出版社,2003.2 .参考书目：1王福天.车

14、辆系统动力学.北京：中国铁道出版社，1994.2姚建伟.机车车辆动力学.北京：科学出版社,2014.七、教学方法1 .讲授法：授课教师就教学内容进行逐条仔细讲解，将正确的概念、思路传授给学生。2 .案例教学法：通过引入实际案例，讨论问题的成因、变化和处置思路，培养学生解决实际问题的初步能力。3 .课后练习和自学：布置课后练习，通过计算、问答和实践项目等形式，让学生课后完成一定数量的练习，通过互相沟通、自学和询问老师等方式解决练习过程中遇到的实际问题。八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1建立振动力学基础体系，掌握建立铁道车辆的动力学方程的方法并能够分析简单问题的振动响应；出勤、平时互动、作业、期末考试课程目标2掌握引起车辆振动的原因、振动的形式、车辆动力学指标概念;通过车辆结构和动力学理论学习，能够初步提出复杂车辆动力学的力学模型；出勤、平时互动、作业、期末考试课程目标3掌