近年来,国内铁路呈现了快速的发展趋势,随着路网面积与运营里程的不断增大,线路中出现了诸多小半径曲线以适应复杂多变的地理环境。当列车通过小半径曲线时,会发生因导向能力不足导致轮对发生较大横移量,致使车轮轮缘与钢轨内侧频繁发生接触,且横向移动范围大,进而加剧钢轨垂向和内侧磨耗量。此外,小半径曲线处轮轨接触关系复杂,钢轨踏面容易诱发疲劳裂纹、剥离掉块、波浪形磨耗等病害,因钢轨磨耗改变轮轨接触关系劣化时,则会加剧上述钢轨病害的发生频次与速率。通常利用钢轨打磨方式进行清除钢轨病害并修复廓形,针对曲线工况内外轨的承载需求,分别设计并优化内外轨廓形以改善轮轨接触关系,可增大列车的曲线通过能力,减少钢轨病害的产生。在综合考虑小半径曲线工况的基础上,研究了轮轨之间的静态与动态接触关系,为曲线路段的非对称打磨作业提供了内外轨的目标廓形,为降低曲线路段病害的发生概率提供了改善方法,本文的主要工作如下:(1)提出了一种以轮轨匹配等效锥度为优化目标的非对称钢轨廓形设计方法,建立了以最小距离搜索法获取轮轨匹配几何参数计算模型,论述了钢轨廓形设计的基本原理以及优化变量及其约束条件,基于粒子群优化算法给出了钢轨廓形设计优化的具体方法。(2)开展了磨耗后曲线工况的内外轨不同踏面廓形优化设计,结合LM型轮对踏面对比分析了优化前后的轮轨几何参数匹配关系,类比了轮轨接触点分布范围、滚动圆轮径差、等效锥度、接触角差等参量,验证了廓形优化算法对轮轨静态几何接触关系改善的有效性。(3)建立了面向曲线路段非对称廓形的客车车辆动力学模型,给出了非对称内外轨廓形在曲线线路中的设置方法,模型中输入了传统不平顺轨道载荷谱,搭建了车辆动力学性能仿真模拟环境工况,为验证廓形优化算法对轮轨动态接触性能提供了条件。(4)讨论了磨耗后钢轨廓形优化对车辆通过动力学性能的影响规律,以磨损后的内外轨优化前后廓形为仿真对象,综合对比探讨了横向力、脱轨系数、轮重减载率、磨耗指数等参量的变化趋势,验证了所提廓形优化算法对车辆动力学性能的改善效果。