近年来高速铁路在我国得到了飞速发展,取得了举世瞩目的成就,但是复杂的轮轨接触环境也导致了高速列车轮轨系统出现了不同程度的问题,其中,车轮多边形磨耗是最为突出的问题之一。多边形磨耗是指车轮踏面沿圆周方向出现了规则的谐波状磨耗,其幅值通常较低,但是伴随着车辆运行速度的提高,车轮多边形会急剧恶化轮轨间相互作用力,且其造成的振动频率较高,通常在550～600 Hz之间,极易引起车辆/轨道结构的疲劳破坏。因此,车轮多边形成为亟待解决的关键问题,但车轮多边形的形成和发展机理到目前为止还尚未完全明确。本文以高速列车车轮多边形为研究对象,结合理论分析、数值计算和线路试验,系统研究了车轮多边形的形成和演变规律,阐明了车轮多边形的萌生和发展机理,开展的具体工作和主要结论如下:（1）通过车轮多边形现场试验揭示车轮多边形发生规律,指出多边形“频率固定”的特征。分析车轮多边形作用下车辆/轨道结构的振动特征,发现车轮多边形形成主要与轨道结构的垂向振动相关。对受载条件下的钢轨进行模态分析,发现了与车轮多边形特征频率相吻合的钢轨局部模态。（2）考虑构架、轴箱、轮对和轨道的弹性振动,建立车辆/轨道系统刚柔耦合动力学模型,并利用试验数据对该模型进行了验证。（3）提出一种应用于多边形磨耗计算的轮轨接触算法。该算法能很好地考虑车轮接触斑的非赫兹特性和轮对摇头角,利用CONTACT程序对该算法进行了验证,最后应用该接触算法计算车轮周向磨耗分布。（4）从轮轨振动激励源、结构局部模态共振和车轮周期性磨耗的角度揭示了车轮多边形形成的机理。根据对激励源的分析,解释了车轮多边形萌生阶段的相位重合和多边形波长能整除车轮周长的特殊现象;利用轨道振动波长与模态频率的关系解释车轮多边形特征频率问题,指出特定激励下轨道局部模态共振能引起初始车轮多边形产生。（5）通过仿真分析车轮多边形的发展过程,发现轮轨接触解和车轮周向磨耗与车轮多边形的相位关系,指出车速变化会引起磨耗与多边形的相位差,导致车轮多边形的发展趋势产生变化。（6）最后,基于轨道垂向振动位移和深度学习智能算法,提出一种高速列车车轮多边形的在线诊断方法,并利用仿真得到的轨道垂向振动数据验证了该方法的可行性。