我国高速铁路广泛采用无砟轨道,轨道结构的弹性主要由扣件系统提供。扣件系统在扣压钢轨、提供合理刚度、线路阻力等方面有重要作用。而扣件系统的刚度和阻尼由弹性垫板提供,与行车平稳性、安全性以及轨道结构健康服役能力的长期保持密切相关。因此,优化弹性垫板结构并深入分析其动力学性能对我国高速铁路设计及养护具有重要意义。论文主要研究内容如下:(1)提出了一种新型网孔式弹性垫板结构。建立了网孔式弹性垫板的三维有限元模型,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型模拟橡胶材料特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,研究网孔间距、网孔外接圆直径、板厚和倒角半径等关键几何参数对网孔式弹性垫板静刚度的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。研究结果表明:相比于静刚度相近的传统沟槽型弹性垫板,网孔式弹性垫板的最大应力明显减小,可有效提高其耐久性,同时网孔式弹性垫板的静刚度可通过改变网孔间距、网孔外接圆直径、板厚灵活调整,因此,将网孔结构应用于铁路扣件系统具有可行性。(2)研究了网孔式弹性垫板在极寒环境中垫板的动刚度和阻尼系数的温变特性;并基于车辆-轨道耦合动力学理论,研究了网孔式弹性垫板在极寒条件下的行车安全性和平稳性,评价了网孔式弹性垫板在极寒环境中的适用性。研究结果表明:轮轨力和轮重减载率随环境温度的降低而显著增大,钢轨的垂向位移随环境温度的降低而减小;在极寒环境中,高速列车的轮重减载率急剧增大,应采用降低列车运行速度的方法确保列车运行安全。(3)研究了弹性垫板刚度非线性对车辆-轨道系统相互动力作用响应的影响。通过SUNS疲劳试验机测得网孔式弹性垫板的位移—荷载曲线,采用最小二乘法拟合垫板的非线性刚度表达式,并采用高速铁路车辆-无砟轨道耦合模型对比研究了弹性垫板的线性刚度与非线性刚度对轮轨力、车体振动加速度、钢轨振动加速度等指标的影响。结果表明:将刚度线性化后,会在中低频段高估轮轨力和钢轨振动加速度幅值,而在中高频部分会低估轮轨力和钢轨振动加速度幅值;垫板的线性刚度与非线性刚度对车体振动加速度影响较小。(4)研究了新型网孔式弹性垫板在动态频率和振幅影响下的非线性行为。采用分数阶导数粘弹性单元(FDV)来模拟新型网孔式垫板的频率依赖性,用摩擦元件表征振幅依赖性。通过试验结果拟合网孔式弹性垫板的频率和振幅依赖性相关参数,同时引入温度因子和Mooney-Rivlin应变能密度来模拟橡胶材料在低温环境下的力学性能,并基于车辆-板式无砟轨道耦合动力学理论,研究了在极寒环境下网孔式弹性垫板幅/频依赖性对车辆-轨道系统动力学影响。结果表明,随着频率的增加,网孔式弹性垫板的动刚度和阻尼系数均增大;考虑温度、频率、振幅依赖性的网孔式弹性垫板模型,能更准确地预测车辆-板式无砟轨道系统在随机不平顺和车轮多边形激励下的动力响应。