随着高速铁路的快速发展,我国对高速列车及轨道结构有了更高的要求。道岔作为列车实现跨线运行必不可少的组成部件,其特有的结构使得轮轨接触关系与普通区间存在较大的差异。车辆在道岔区运行时产生的轮轨磨耗问题日益凸显,这一问题也影响了车辆运行的安全性、平稳性以及旅客的舒适性。针对这些问题,本文采用了一种多体动力学和有限元相结合的轮轨磨耗计算方法,计算了道岔区轮轨磨耗深度、磨耗指数,并分析了多种因素影响下的磨耗规律,为道岔区优化设计以及工务养护维修提供了一定的理论参考。主要工作如下:(1)采用了一种多体动力学和有限元相结合的轮轨磨耗计算方法。基于多体动力学和有限元方法建立了车辆-道岔耦合动力学模型,分析了耦合系统动力响应,验证了模型的正确性。利用该模型计算得到轮轨法向力、轮轨蠕滑力、轮轨蠕滑率以及轮轨接触斑大小等指标结果,建立磨耗计算模型,将各项指标作为输入参数导入磨耗模型,得到车辆直向通过道岔区时产生车轮磨耗以及钢轨特征断面磨耗。(2)利用所建立的车辆-道岔耦合动力学模型分析了不同过岔速度、轨底坡、车轮型面以及轴重条件下,车辆直向过岔的轮轨振动特性。在多种因素影响下,轮轨力在转辙区和辙叉区出现较大波动且峰值分布在辙叉区。轮轨振动特性与影响因素之间具有很好的相关性。(3)通过有限元方法建立的轮轨接触模型计算得到车辆直向过岔时钢轨特征断面的接触斑信息,结合动力分析结果并基于磨耗模型得到轮轨磨耗深度。根据单节高速列车各车轮的磨耗情况,选取磨耗最严重的轮对作为分析对象,对磨耗关键影响因素进行了研究。(4)考虑磨耗前后车轮型面的变化情况,对比分析了不同型面条件下,轮轨接触几何关系以及车辆在直向过岔时的动力响应差异。磨耗后车轮与钢轨型面匹配时,接触位置主要分布在凹形磨耗的两侧,且易产生了两点接触问题。随着运行距离的增加,轮轨接触几何关系变化逐渐增大。在有无车轮磨耗条件下,轮轨垂向力主要在中高频成分存在差异;轮轨横向力则在各频段均存在差异。(5)分析得到道岔区在多种因素影响下的轮轨振动特性以及磨耗规律。列车运行过程中,转向架前轮对作为导向轮对,承受更大的轮轨力作用,轮轨蠕滑作用更加剧烈,磨耗问题也更大。直向过岔时车轮主要发生踏面凹形磨耗,钢轨主要发生垂直磨耗。图128幅,表18个,参考文献89篇。