轨道交通作为运载工具具有载客量大、速度快、绿色环保、平均成本低等优点,极大的缓解了城市道路所面临的压力,为人们的安全出行提供了便利。然而,随着运载量的增大及新材料和新技术的应用等,车轮和轨道之间的磨损运行工况日益复杂,轮轨交通系统出现了钢轨断裂、车轮不圆顺化、钢轨的波磨效应等诸多问题,极大缩短了轮轨交通系统的使用寿命,人们出行的安全性也受到影响。对轮轨耦合系统的研究是解决城轨交通系统诸多问题的基础,对于城市轨道交通的发展有着举足轻重的作用。本文主要基于赫兹接触理论和动力学方法,对轮轨动力学及磨损问题进行了研究,主要工作如下:本文研究了城市轨道交通的轮轨耦合动力学问题,用弹性车轮代替刚性车轮,建立了具有弹性车轮的轨道车辆动力学模型。考虑系统的弹跳、俯仰和滚动运动,研究了轨道不平顺激励下弹性车轮刚度系数对整车动力学特性的影响。利用动力学模型得到了三种功率密度谱函数下的时域响应,并得到了车轮垂直加速度与轨道不平顺的关系。在相同轨道不平顺情况下,研究了弹性车轮刚度系数与车轮垂向运动的关系。结果表明:车轮加速度波动随轨道不平顺的减小而减小,随弹性车轮刚度系数的增大呈非线性变化。本文对Archard、Pearce、Usfd和Braghin四种具有代表性的磨损模型的适用性进行了研究。考虑双线性、多线性、非线性三种塑性应变模型,并将所有的磨损模型转换为计算一个接触区域的瞬时磨损,以等效磨损系数表示各磨损模型比例关系,解析推导了各磨损模型的统一表达式。谐波激励下对不同磨损模型计算的瞬时磨损速率波动进行评估,研究车速对磨损波动的影响规律。结果表明:四种磨损模型在计算瞬时磨损波动方面具有相似的能力,能在一般意义上正确地反映激励的频率特性,得到的瞬时磨损的波动规律在一定误差范围内几乎相同。各磨损模型与塑性模型适应过程中,磨损模型与双线性塑性模型的适应性较差,磨损模型与多线性和非线性塑性模型均能良好结合。车速对于磨损的波动频率及幅值具有明显的影响。最后,基于车轮磨损问题,针对现有车轮缺陷,对其结构进行优化,设计新型弹性车轮,实现车体减振,抑制车轮多边形磨损,延长车轮使用寿命,提升车轮可靠度,确保列车运行安全。