随着现代列车速度的不断提高,桥梁结构在铁路线路中的大量使用,高速铁路车桥耦合振动问题的研究就变得越来越重要。为了能够有效地对线路中既有桥梁的运行状态进行评估,也为了能够对新建桥梁进行全面合理的优化设计,有必要对列车过桥的车桥耦合振动问题进行分析。计算机仿真是一种比较有效和经济的方法。而在这过程中,弄清楚轮轨之间的偶合关系是能否得到正确轮轨力,从而得到正确有效的数值解的必要条件。本文运用车辆、桥梁耦合大系统的思想,建立了车桥耦合振动模型。并且根据该模型的特点,重点研究了轮轨接触几何关系,轮轨之间垂向、横向相互作用力。给出了垂向Hertz非线性弹性接触力和横向Kalker蠕滑理论的推导过程。针对激励源,本文也给出了模拟轨道不平顺的方法和程序流程图,并且根据PSD图,模拟了轨道的随机不平顺。对于桥梁模型,本文根据动力有限元的方法,详细推导了单元力学特性矩阵,并且在这基础上,建立了桥梁分析模型。本文的主要内容如下:1、建立了比较完整的机车车辆动力分析模型,以二系悬挂客车为主要分析对象,将车体、转向架、轮对简化为刚体,建立了由31个自由度组成的空间振动分析模型。即车体和转向架分别考虑横移、沉浮、侧滚、点头、摇头五个自由度;轮对考虑横移、沉浮、侧滚、点头四个自由度;由Hamilton原理,得到了动力有限元方法,推导了12个自由度的空间梁单元力学特性矩阵,并利用该单元建立了桥梁动力分析模型。2、详细给出了轮轨接触几何关系,给出了轮轨接触几何关系中涉及到的各个接触参数、接触状态;给出了求解轮轨接触点的几种处理方法,即针对特殊轮轨型面的解析法,针对任意形状的空间搜索迭代逼近法和迹线搜索法,本文在具体实施过程中,对迭代方法进行了改进,对判据条件进行了改进,使其更加符合实际条件。最后给出在特定条件下,轮轨几何接触参数间的关系图。3、基于弹性力学、接触力学理论,本文给出了轮轨垂向接触力的推导,得到了轮轨垂向力公式、轮轨接触椭圆斑的长短轴计算公式。根据Kalker线性蠕滑假设,给出了蠕滑力的公式推导。4、根据轮轨接触的协调条件,建立了由车辆子系统和桥梁子系统组成的大系统模型,并由数值积分方法求解车桥耦合大系统,得到了车辆和桥梁的动力响应结果;针对轨道不平顺,详细的介绍了轨道不平顺的分类,轨道不平顺产生的原因,国内外常见的功率谱图,并且详细给出了周期图法,自编程序,给出了美国轨道谱的模拟结果;在求解过程中,给出了几种常见的逐步积分数值方法,编制了相关的程序,作为求解车桥耦合系统的求解器。