速度是高鐵的生命線,是高鐵的核心競爭力所在,隨著運行速度的大幅提高,對列車運行穩(wěn)定性、安全性有著更高的要求。線路引導列車前進,在高速條件下,列車愈加依賴線路的幾何線形提供穩(wěn)定、安全和舒適的運行條件。受制于計算機技術(shù)的發(fā)展和三維線路線形表達的復雜性,二維設(shè)計方法將線路分解為平面、縱斷面和橫斷面,并分別在不同的平面上進行相應的設(shè)計,然后通過平、縱線形組合形成三維曲線,這一方式分別考慮平、縱線形在各自斷面的影響,沒有考慮設(shè)計過程中出現(xiàn)的耦合作用,割裂了線形空間的內(nèi)在聯(lián)系,缺乏嚴格的解析模型,隨著列車運行速度的提高,二維設(shè)計易造成設(shè)計錯漏。為明確二維設(shè)計方式存在的不足,改善線形設(shè)計質(zhì)量以適應高速鐵路的發(fā)展,本文從高速鐵路為空間中的一條三維曲線入手,結(jié)合微分幾何,以三維曲線的自然方程曲率、撓率為主要參數(shù),對線路的空間線形進行三維化描述、對列車運動模型進行三維化表達、建立三維化的線形控制評價指標、實現(xiàn)空間線形的三維化設(shè)計以及設(shè)計成果模型的三維化顯示,對其中的關(guān)鍵問題進行了深入的研究,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:（1）建立了三維線形表達方程,通過曲率、撓率、曲線起點Frenet標架的空間姿態(tài)參數(shù)對空... 

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 二維線形設(shè)計與分析
        1.2.2 三維線形設(shè)計與分析
        1.2.3 三維線路設(shè)計與可視化技術(shù)
    1.3 主要研究內(nèi)容
    1.4 研究方法及章節(jié)安排
2 二維線形設(shè)計基礎(chǔ)理論與分析
    2.1 平面曲線描述及設(shè)計方法
        2.1.1 平面線形設(shè)計要素與基本原則
        2.1.2 平面線形的微分表達
    2.2 縱斷面曲線描述及設(shè)計方法
        2.2.1 縱斷面線形設(shè)計要素與基本原則
        2.2.2 縱斷面線形的微分表達
    2.3 二維設(shè)計的組合線形
        2.3.1 設(shè)計基本要求與原則
        2.3.2 二維設(shè)計的不足
    2.4 小結(jié)
3 三維幾何線形設(shè)計表達與分析
    3.1 曲線的數(shù)學描述
    3.2 空間曲線幾何特性
        3.2.1 Frenet標架
        3.2.2 曲率
        3.2.3 撓率
        3.2.4 線路線形曲線表達
    3.3 三維線形參數(shù)與列車運動的關(guān)系
        3.3.1 三維線形參數(shù)與質(zhì)點運動特性
        3.3.2 列車車體運動坐標系
        3.3.3 三維列車運動狀態(tài)模型
    3.4 線形參數(shù)對曲線走向及列車運動的影響
        3.4.1 曲線的密切平面
        3.4.2 密切平面恒定線形分析
        3.4.3 密切平面變化線形分析
    3.5 小結(jié)
4 三維線形設(shè)計指標及評價分析
    4.1 基于舒適性的三維線形設(shè)計約束條件
        4.1.1 舒適性條件評價標準
        4.1.2 曲率取值
        4.1.3 曲率變化率與撓率取值
    4.2 三維線形幾何連續(xù)性評價
        4.2.1 幾何連續(xù)性等級區(qū)分
        4.2.2 二維曲線的幾何連續(xù)性評價
        4.2.3 平豎重合路段高階連續(xù)曲線設(shè)計
    4.3 二維設(shè)計線形的三維評價分析
    4.4 小結(jié)
5 基于曲線自然方程的三維線形設(shè)計
    5.1 三維線形設(shè)計框架
    5.2 三維曲線設(shè)計方法的選擇
        5.2.1 三維曲線設(shè)計方式
        5.2.2 設(shè)計方式的對比
    5.3 考慮非幾何因素的三維線形設(shè)計
    5.4 空間曲線特征表達與分析
        5.4.1 G~0曲線Frenet標架計算
        5.4.2 廣義密切平面與曲率特征表達
        5.4.3 曲線三維特征分析
        5.4.4 G~0曲線β-l與f_n-l圖的建立
    5.5 三維線形的分組與擬合
        5.5.1 線形分組的動態(tài)規(guī)劃算法
        5.5.2 帶有懲罰函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃算法流程
        5.5.3 三維曲線擬合
    5.6 基于一階邏輯推理的線形優(yōu)化
        5.6.1 一階邏輯語法
        5.6.2 線形知識工程與邏輯推理
    5.7 三維線形設(shè)計實例
    5.8 小結(jié)
6 基于CPU-GPU協(xié)同的三維線路模型快速建模
    6.1 CPU-GPU三維模型建模流程對比與分析
    6.2 CPU線路模型數(shù)據(jù)處理
        6.2.1 線路中線的離散化
        6.2.2 邊界條件的確定
    6.3 GPU三維建模的實現(xiàn)
        6.3.1 幾何著色器建模
        6.3.2 基于GPU視點光線的真實感渲染
    6.4 實驗對比分析
    6.5 小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 研究結(jié)論
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
作者簡歷及攻讀博士學位期間取得的研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[5]客運專線車站站外曲線參數(shù)研究[D]. 田川.北京交通大學 2011
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本文編號：3674940