高速铁路轮轨周期性磨耗（车轮多边形、钢轨波磨）的激扰主频一般高于500Hz,具有显著的高频动力特征。轮轨周期性磨耗会加剧轮轨动态相互作用,造成结构关键零部件的疲劳断裂,成为影响列车安全运行的重大隐患之一。现场调研表明高速铁路轮轨周期性磨耗的形成与复杂服役条件下无砟轨道系统振动密切相关,然而既有对轮轨周期性磨耗研究很少考虑无砟轨道系统宽频振动行为,高速铁路轮轨周期性磨耗的形成机理仍不清楚且控制措施不够完善,已成为铁路运输领域亟待解决的关键技术难题之一。基于此,本文依托国家自然科学基金-高铁联合基金重点项目“高速铁路无砟轨道结构模态参数辨识及对轮轨关系影响机理研究”、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目“基于高精度结构光的高速铁路轮轨动态接触姿态检测系统”,针对高速铁路无砟轨道区段发生的车轮多边形、钢轨波磨两种典型周期性磨耗病害,建立了无砟轨道区段轮轨宽频耦合振动分析模型,在明确轮轨宽频耦合振动特征及其共振成因的基础上,重点分析了复杂服役条件下无砟轨道系统宽频振动对轮轨周期性磨耗的影响,揭示了轮轨周期性磨耗形成机理,提出了综合控制措施,为保障我国高铁长期安全运营提供理论基础和技术支撑。具体研究工作和成果如下:（1）建立了无砟轨道区段轮轨宽频耦合振动分析模型,考虑了无砟轨道系统宽频振动特性、多轮对间波传递和反射作用及轮对自身柔性变形影响。提出了考虑铁垫板振动的改进扣件力学模型,结合现场无砟道床模态参数辨识试验建立了经试验模态参数检验的无砟道床宽频振动精细化分析模型,实现了对无砟轨道系统宽频振动的建模;由于前后车辆相邻转向架范围内多轮对间波传递和反射作用以及轮对柔性变形在宽频范围内不可忽略,进一步结合浮动坐标系法建立了考虑轮对柔性的双节车辆振动分析模型,以轮轨接触模型为纽带构建了适用于轮轨宽频耦合振动分析的高速车辆-无砟轨道系统模型;针对大系统宽频动力学模型高自由度导致求解效率低的问题,借鉴既有研究提出了车辆在轨道上移动的“滑移-循环窗口”快速求解方法。最后开展了高速行车条件下动态测试试验,对所建立的宽频动力学模型进行了验证。（2）研究了轮轨耦合振动能量宽频分布及传递特性,分析了无砟轨道不同结构参数、服役环境及损伤状态对轮轨耦合振动的影响,明确了轮轨耦合共振成因。提出了衡量轮轨垂向动态作用的能量分析指标:冲击功率,结合摩擦功率及轮轨力指标系统研究了轮轨耦合振动宽频分布特征以及轮轨系统-无砟道床宽频传递特性,分析了无砟轨道结构参数（扣件系统、无砟道床结构）、服役环境及损伤（沿线环境湿度、温度及无砟道床层间损伤状态）对轮轨耦合振动的影响,通过对比分析单/双/多轮对作用下轮轨耦合振动差异,识别了导致轮轨系统共振的2类共4种模式的轮轨耦合振动模态,明确了轮轨耦合共振成因。（3）研究了车轮多边形与轮轨系统模态、无砟轨道高频模态的关联关系,分析了无砟轨道服役环境对车轮多边形磨耗影响,揭示了车轮多边形磨耗形成机理。提出了衡量各阶多边形增长程度的分析方法及多边形增长率分析指标;研究了车轮多边形磨耗与轮轨耦合共振的关联关系,识别了引发车轮多边形磨耗的轮轨系统模态,解决了传统模型求解的轮轨耦合共振与典型多边形存在2阶车轮旋转频率差异的问题;分析了无砟轨道结构参数对多边形磨耗的影响,确定了加剧多边形磨耗的无砟道床敏感模态并给出了其判别流程;在对无砟轨道服役环境影响因素分析的基础上,解释了南方高铁线路湿热环境下多边形磨耗加剧的内在原因;最后揭示了典型线路运营动车组的车轮多边形磨耗形成机理。（4）研究了钢轨波磨与轮轨系统模态、无砟轨道高频模态的关联关系,分析了无砟轨道服役环境及损伤状态对钢轨波磨的影响,揭示了钢轨波磨形成机理。提出了衡量不同波长波磨增长程度的分析方法及波磨增长率分析指标,研究了钢轨波磨与轮轨耦合共振的关联关系,识别了引发钢轨波磨的轮轨系统模态;分析了无砟轨道不同的结构参数、服役环境及层间损伤状态对钢轨波磨的影响,确定了加剧钢轨波磨的无砟道床敏感模态并给出了其判别流程;最后揭示了典型线路的钢轨波磨形成机理。（5）明确了车轮多边形、钢轨波磨两种病害相互影响规律,提出了轮轨周期性磨耗控制措施并分析了控制效果。明确了车轮多边形、钢轨波磨两种病害相互影响下轮轨动力响应及磨耗特征,从改善无砟轨道振动特性（优化扣件系统参数、改善无砟道床振动特性、无砟轨道结构选型优化）、降低轮轨激扰（避免同一波长的磨损累积、加强湿热状态下车轮状态检修、控制钢轨初始不平顺）两个方面提出了轮轨周期性磨耗控制措施并分析了其控制效果。