随着我国高速铁路网的建设和车辆运行里程的快速增加,动车组在实际运营过程中发生了不同程度的动力学与疲劳强度问题。最典型的就是车轮多边形磨耗,多条线路和多种类型动车组均有发生。车轮多边形磨耗会显著恶化车辆系统的振动水平,特别是高阶多边形,容易引发转向架结构及其零部件的共振而导致疲劳失效,严重影响行车安全和使用寿命。车轮多边形磨耗还会加剧轮轨动载荷,加快车轮磨耗并造成轨道结构振动环境恶化。本文结合线路试验,台架试验和动力学仿真,系统研究车轮多边形磨耗对动车组轮对的影响,主要开展了以下工作:(1)针对轴箱接地端盖脱落展开研究。首先通过试验和仿真分析了轴箱接地端盖的固有模态特征;利用小滚轮高频激振试验台,对比了线路数据和试验台数据,即轴箱位置的加速度振动幅值和频率成分,证明了试验台能够还原线路上典型的多边形工况;利用试验台对轴箱端盖进行扫频,研究了轴箱的振动特性,同时利用测力螺栓研究了预紧力对轴箱振动的影响;建立线路-车辆系统耦合动力学模型,与线路数据、试验台数据对比,分析得到了轴箱端盖脱落的原因。(2)系统对比了测力轮对直接测量法和轮轨力间接测量法两种轮轨力测量方法以及测试结果,并且分析指出了两种方法不适合高频轮轨力测量;本文建立了轮对轴箱系统的有限元模型,求解得到了轮轨力-轴箱加速度的传递函数,提出了一种适用于多载荷输入多响应输出的求解方法—传递函数法,通过两侧轴箱的加速度响应反推得到轮轨力输入载荷,应用此方法和动力学仿真计算直接得到的含有高频段的轮轨力对比,发现两者的幅值和频率成分都比较接近,从而在理论上证明该方法可以用于测量高频轮轨力。(3)详细论证了EN13103和EN13104车轴设计标准中对于车轴强度的校核过程;详细介绍了全尺寸车轴的疲劳强度试验过程;在小滚轮高频激振试验台上应用无线传输数据采集系统,首次采集到了高速运行、车轮多边形工况下车轴关键部位的动应力数据,用该数据修正动力学模型,研究了不同阶次、不同波深的车轮多边形在不同速度下对车轴动应力的影响,根据车轴的应力提出了不同阶次车轮多边形的安全限值。