随着高速列车运营速度不断提升、运营时间不断增长,车辆和轨道之间的相互动力作用逐渐增强,由此导致的列车车轮磨耗损伤和钢轨波磨等问题日益显露。由于轮轨间互相作用的增强,无砟轨道区段在运营中出现的车轮与轨道之间的周期性磨耗,导致车辆系统和轨道系统之间剧烈振动,致使轮轨垂向作用力增大,对轮对、轴箱、转向架等车辆系统部件以及钢轨、扣件、轨枕等轨道系统部件产生严重伤损,减少部件服役寿命,更会造成较大的冲击和滚动噪声,降低乘客的乘车舒适度,更甚会危及列车行车安全。研究表明,无砟轨道与动车组的耦合振动对轮轨磨耗产生一定的影响,对于高铁有砟轨道也需开展振动特性的研究,研究振动特性是否对轮轨磨耗产生影响。本文以高速铁路有砟轨道结构为研究对象,首先利用有限元软件建立了各主要部件——扣件弹条、轨枕及轮对的有限元模型,通过模态分析对各部件的固有模态特征进行了分析,获得了W2型弹条、Ⅲ型轨枕及轮对在0~1200Hz频率范围内的模态频率及振型。接着建立了有砟轨道结构垂向及横向有限元模型,其中分别用梁单元及实体单元模拟垂向及横向钢轨,采用实体单元模拟轨枕,考虑道床整体振动,采用质量单元进行模拟,分别对轨道垂向及横向进行了谐响应分析,获得了在0~1200Hz频率范围内的轨道垂向及横向振动特性,并分析了垫板垂向刚度、扣件横向刚度及扣件间距对轨道垂向及横向振动特性的影响规律。通过弹簧阻尼单元模拟轮轨之间的接触,建立了有砟轨道轮轨耦合有限元模型,利用双轮对模拟转向架荷载作用、四轮对模拟整列车荷载作用,分析单轮对荷载作用、转向架荷载作用及整列车荷载作用下的钢轨垂向及横向模态特征。可知钢轨垂向及横向模态特征均与轮对位置无关,在0~1200Hz频率范围内,转向架荷载作用及整列车荷载作用下的钢轨垂向及横向模态特征均表现为轮对内部钢轨弯曲振动及轮对外部端部钢轨弯曲振动。本文系统分析了有砟轨道部件、轨道及轮轨耦合模态特征,为深入分析轮轨周期性磨耗提供技术支撑,并在固有振动特性方面完善了轮轨关系研究。图53幅,表23个,参考文献73篇。