中国高速铁路经过十余年建设和发展,已经用2.5万公里的营运里程织就了一张全球最大的高铁网。中国30个省会级城市和直辖市尽在其中,平均每天运送旅客超过400万。中国高铁呈现出持续运行速度最高(复兴号最高达350km/h)、持续运行时间最长、运行地域空间最广的特点。尤其是我国北方多条客运专线都属于高寒气候环境,车辆和线路会经历风沙、雨雪、低温甚至冰冻等自然条件。如2012年开通的哈大高铁所在地区的极端最低温度能达到-40℃,是我国乃至世界在严寒地区修建的第一条客运专线,全年按照时速300km/h运营,成为世界上运营速度最高的高寒高速铁路。随后,又在西北高寒风沙区域开通了首条高速铁路“兰新客运专线”,在我国最北地区开通哈齐高铁等,在未来还将开通多条高寒高速铁路。低温环境下如何保证高速动车组安全运行无疑是对动车组设计和研制提出了严峻考验,只有对既有高寒动车组的动力学行为和机理进行深入挖掘、系统归类和准确评价,才能将我们积累的经验提升到理论高度,将成果应用于高速列车性能提升和新车型研制,从而实现正向设计。目前,国内外对复杂运行环境下的高寒动车组动力学性能研究较少,如何保证高寒动车组在各种运营条件下始终具有优良的动力学性能是我们应该深入研究的课题。因此,深入开展高寒动车组服役过程中的动力学行为和优化设计方法研究,具有重要理论意义和工程应用价值。本论文针对我国运营的高寒动车组,系统地研究了其关键动力学问题,主要研究工作为:(1)通过对动车组悬挂元件进行静态和动态特性试验,研究了其刚度和阻尼参数随着温度的变化规律。提出了可模拟频变和幅变特性的液压减振器Maxwell修正模型。建立了考虑悬挂元件低温力学特性的高速列车精细化动力学模型,并进行了动力学模型的试验验证。(2)在高寒冰冻条件下,研究在冰雪环境下冰雪附加质量和悬挂系统冰冻对高寒动车组动力学性能的影响规律。以安全运行为目标,通过动力学仿真,研究允许的冰冻状态,为运营提供参考。以较好的振动性能、足够的临界速度、较高的运行安全性为目标,研究安全运行的限值条件,悬挂系统参数和轮轨匹配关系允许的变化范围,提出悬挂元件和车轮踏面的维护限度。(3)针对高寒动车组在较大的温差范围、不同的速度等级、轮轨匹配关系变化较大等复杂的运行环境,以稳定可靠的动力学性能为目标,考虑随机因素影响的动力学仿真分析方法,分别从蛇行运动稳定性设计、运行平稳性设计、轮轨关系与悬挂参数匹配设计等方面开展分析,研究转向架悬挂系统动力学参数的设计原则,以提高高寒动车组从新踏面到磨耗到限时的动力学性能。