本书为“高速铁路基础研究与技术创新丛书”之分册。本书针对动态性能正向设计体系中的基础理论展开叙述，系统阐述高速列车动态性能正向设计的基础问题。正向设计以分析和归纳运用环境、模态族群拣选、模态规划与匹配设计作为出发点，包括模态对标、快速设计、模型校验、模型参数辨识和性能设计与校验等环节，并通过大量试验验证完成产品设计，然后通过在线测试、运营考验和反馈不断优化演进。本书在模态匹配、振动环境归纳、参数辨识、模型校验等环节为高速列车动态性能正向设计奠定理论基础，为实施正向设计提供技术手段，为轨道交通装备创新设计提供可能路径。 本书可供从事铁路车辆研究、设计及工程技术人员参考，也可供车辆工程、载运工具与运用工程等专业师生参考。

第1章 绪论
1.1 正向设计的提出
1.2 振动环境与谱归纳
1.2.1 研究背景
1.2.2 振动谱谱归纳研究现状
1.3 物理及激励参数辨识
1.3.1 研究背景
1.3.2 物理参数识别研究现状
1.4 模型校验与修正
1.4.1 研究背景
1.4.2 模型校验与修正研究现状
第2章 模态匹配原理及策略
2.1 传递函数与模态
2.1.1 多自由度系统的模态参数
2.1.2 传递函数与频响函数矩阵
2.1.3 留数矩阵与模态比例因子
2.2 振动分析及评价
2.2.1 轨道车辆振动分析及评价
2.2.2 基于虚拟激励分析方法响应分析及其应用
2.3 模态匹配原理
2.4 模态匹配策略与流程
2.4.1 模态匹配策略
2.4.2 模态匹配流程
第3章 轨道车辆动力学模型建立
3.1 动力学模型的建立
3.1.1 矩阵方程的建立
3.1.2 各自由度微分方程的建立
3.2 轨道谱与仿真
3.2.1 逆傅里叶变换
3.2.2 轨道谱反演
3.2.3 模型仿真
第4章 振动环境谱归纳研究
4.1 正态假设的谱归纳方法
4.1.1 计算原理
4.1.2 正态分布的容差上限系数
4.2 非正态分布的谱归纳方法
4.2.1 约翰森法则
4.2.2 非正态分布的容差上限
4.2.3 完备的谱归纳计算原理
4.3 基于谱归纳的振动性能评估
第5章 谱归纳的应用
5.1 谱归纳与分层传递率
5.1.1 频响函数、传递函数和传递率
5.1.2 基于谱归纳的分层传递率计算
5.2 谱归纳与运行平稳性
5.2.1 全线路运行工况下平稳性指标计算
5.2.2 基于谱归纳的运行平稳性指标计算
第6章 轨道车辆转向架系统物理参数识别
6.1 直接法
6.1.1 已知部分物理参数
6.1.2 物理参数全部未知
6.2 间接法
6.2.1 状态矩阵识别
6.2.2 物理参数识别
6.3 转向架系统三维动力学模型
6.4 转向架系统物理参数识别
6.4.1 转向架系统动力学模型校验
6.4.2 试验流程与方法
6.4.3 部分物理参数识别
6.4.4 全部物理参数识别
6.5 转向架系统物理参数识别试验
6.5.1 转向架系统建模
6.5.2 试验设计
6.5.3 数据平滑处理
6.5.4 识别结果分析
第7章 轨道车辆整车系统物理参数识别
7.1 整车系统三维动力学模型
7.2 整车系统物理参数识别
7.2.1 整车系统动力学模型校验
7.2.2 试验流程与方法
7.2.3 部分物理参数识别
7.2.4 全部物理参数识别
7.3 整车系统物理参数识别试验
7.3.1 轨道车辆小比例模型
7.3.2 试验设计
7.3.3 数据平滑处理
7.3.4 识别结果分析
第8章 偏心设备物理参数和激励参数识别
8.1 偏心设备物理参数识别方法
8.2 偏心设备物理参数识别计算分析
8.2.1 物理参数识别
8.2.2 参数灵敏度分析
8.3 偏心激励参数识别方法
8.4 偏心激励参数识别计算分析
8.4.1 偏心激励参数识别
8.4.2 频率比和阻尼比分析
8.5 激励参数识别试验
第9章 有源设备激励力时域法识别
9.1 基于卡尔曼滤波的激励力识别方法
9.1.1 常规卡尔曼滤波
9.1.2 改进的自适应卡尔曼滤波
9.1.3 递归最小二乘算法
9.2 有源设备激励力识别计算分析
9.2.1 有源设备动力学模型
9.2.2 设备激励力和激励转矩识别
9.3 激励力识别试验
第10章 有限元代理模型与数值算例
10.1 Kriging代理模型原理
10.2 Kriging代理模型参数的确定
10.3 基于Kriging代理模型的有限元模型修正步骤
10.3.1 目标函数的建立
10.3.2 试验设计
10.3.3 样本数据预处理
10.4 铝合金板件算例
10.4.1 算例介绍
10.4.2 算例模型的修正
第11章 车体有限元模型建立及试验
11.1 高速列车车体振动测试
11.1.1 测试情况及方法
11.1.2 测试使用仪器设备
11.1.3 测试结果
11.2 车体承载结构模型建立
11.3 地板有限元模型建立
11.3.1 结构材料参数获取
11.3.2 组成部件建模
11.4 车体整备状态有限元模型
第12章 高速列车车体代理模型建立
12.1 车体有限元模型模态及频率响应计算
12.1.1 频率响应分析理论
12.1.2 车体仿真模态计算
12.1.3 车体频率响应计算
12.2 待修正变量的确定
12.2.1 灵敏度分析理论基础
12.2.2 模型修正变量选取
12.3 试验设计和Kriging代理模型建立
第13章 参数修正及效果评价
13.1 Kriging代理模型精度验证
13.2 高速列车Kriging代理模型优化结果
13.2.1 模型优化方法
13.2.2 设计参数优化结果
13.3 修正后车体模型验证
13.4 刚柔耦合动力学建模及平稳性计算
13.4.1 模型缩减原理
13.4.2 缩减计算
13.4.3 动力学模型建立及计算