高速列车在时空上的飞跃,其轮轨间的服役状态与安全性态始终处于动态变化的过程,轮轨间的滚动接触由于摩擦存在必然导致轮轨磨耗的发生,而车轮磨耗将导致车轮踏面的横向及周向发生几何形变,同时接触界面上表面粗糙度和表面硬度等材料属性也会发生变化。基于此,建立考虑磨耗诱发的车轮表面状态变化的轮轨滚动接触模型并开展相关研究,对高速列车轮轨系统维护提供理论支持与技术指导有实际的应用价值。本文通过对CRH380全寿命运营里程下动车同一轮对的左、右侧两个车轮踏面的状态进行跟踪实测,基于现场跟踪测试、数学统计分析等手段采用表面粗糙仪、硬度仪与LB车轮外形尺寸检测系统完成高速列车服役车轮踏面的横向几何廓形、横向粗糙度与硬度的跟踪测试,同时测试车轮周向不圆度及其对应的周向硬度与粗糙度,建立车轮表面粗糙度及表面硬度数据库,并经数据处理研究分析车轮踏面的几何廓形、车轮不圆度、表面粗糙度及表面硬度等微观属性随高速列车服役里程的演变规律。接着,基于实测服役状态下的车轮表面特性,采用3D光学轮廓仪获取车轮表面的轮廓数据。结合分形理论和有限元法,建立考虑车轮磨耗状态下表面粗糙度和表面硬度变化的轮轨滚动接触模型。采用非线性弹簧-阻尼函数型接触模型定义轮轨滚动接触关系,结合弹塑性力学、接触力学与能量阻尼耗散相关理论,研究服役状态下轮轨间的动态法向接触特性,并进一步分析高速列车轴重、硬度、横移作用以及运行转速等因素对轮轨间的法向接触刚度-阻尼的影响。最后,采用GPM-30滚动接触试验机,通过开展轮轨试样在不同工况下的滚动摩擦实验,获取试样表面特性并研究切向摩擦特性。一方面,采用控制变量法,将试验因素分为试验载荷、蠕滑率与试验转速等三个因素,分别进行分组实验,研究不同工况对轮轨试样切向摩擦特性的影响;另一方面,通过开展典型工况下的实验,得到不同工况下摩擦系数与表面粗糙度和表面硬度变化的离散试验数据,建立起表面状态相关的函数型摩擦模型,对比分析不同典型工况下的轮轨试样表面状态与摩擦系数。