我国轨道交通行业在近年来发展迅速,车辆性能参数、运行线路环境、轨道及下部基础形式等呈现多样化发展,轨道车辆与轨道下部基础之间的相互作用关系也异常复杂。我国对于高速列车及重载货运车辆方面的研究已较为深入,而针对城市轨道交通系统的科研尚在起步阶段。以实际城轨线路及运营环境为研究对象,开展其车辆及轨道下部基础之间相互作用响应和行为研究,揭示故障工况下,车辆和弹条等关键部件的响应、载荷及寿命研究是非常重要,且具有一定价值和意义的。主要开展了以下研究工作:1.详细调研国内外对轨道交通车辆动力学、钢轨波浪型磨耗病害以及弹条性能的研究研究现状和科研成果,明确文本研究方向以及研究主要内容。2.以扣件弹条作为研究对象,建立了精确的弹条三维模型,并利用ABAQUS软件建立弹条有限元模型。该模型中包含有扣件弹条系统的主要部件,采用三维实体接触形式对弹条实际工况进行模拟。使用该模型研究了弹条正确安装时的螺栓压力数值;弹条正确安装过后的弹条应力值及其分布情况;弹条不同安装压力下的弹条扣压力;弹条不同安装压力下的刚度,最终通过实际测量验证模型准确性。通过该研究和分析,为后续研究提供数值仿真基础。3.基于多刚体动力学理论,使用SIMPACK软件以及ABAQUS软件联合仿真,建立了车辆-线路-桥梁耦合动力学模型。通过仿真计算得到车辆非线性失稳速度以及各部件的振动响应,经与文献的实测参数进行对比,验证模型准确性。4.详细论述了钢轨波浪型磨耗的两个主要参数指标,波浪型磨耗的波长和波深,对车辆动力学响应的影响。通过轮重减载率以及轮轨垂向力两个指标,确定了不同波磨波长情况下的波磨深度打磨限值。波浪型磨耗的波磨深度不宜超过0.2mm。通过对轮对轴箱位置的持续功率谱密度图谱的特征频率分析,可以对波磨波长进行识别。同时,可以使用时域和频域统计学指标对波磨波深进行识别。5.使用耦合动力学计算得到的动态载荷,对弹条寿命进行计算和研究分析。波磨波长和波深对弹条寿命有非常大的影响,当波长λ<400mm时,弹条寿命仅不到原设计寿命的40%;当波深d>0.1mm时,弹条寿命下降到原设计寿命的30%以下。通过本文的研究,得到波磨故障下,城轨车辆、扣件弹条的动态响应以及寿命分析,分析得到轨道波磨打磨限值以及弹条寿命下降趋势,为运营单位对各关键部件的养护和维修提供理论支持。