我国高速铁路的快速发展为其安全运营带来了一系列的技术挑战,其中,弓网之间受流质量的恶化成为限制列车运行速度提升和影响运营安全的重要因素之一。一方面,由于接触网具有大跨度、高柔性等特点,环境风对弓网动态特性的影响不容忽视。短周期的时变脉动风会引起接触网的强迫振动,从而影响接触网的疲劳寿命和弓网受流质量。极端情况下,环境风还会引起接触网的大幅舞动现象,造成运营的中断。另一方面,随着列车运行速度的提升,高速运行的受电弓引起的复杂波动传递现象是造成弓网受流质量恶化的内在因素。论文主要针对电气化铁路接触网的风振行为和波动特性展开研究,以接触网三维非线性模型为基础,针对脉动风引起的抖振现象,构建接触网沿线三维风场,研究接触网风振行为及其对弓网受流质量的影响,从而提出受电弓主动控制方案提升随机风场下弓网受流质量。针对接触网的舞动现象,揭示舞动的发生机理,推导自激力模型,实现舞动的数值仿真。针对复杂的波动传播现象,建立接触网的波动模型,实现波动的数学描述,分析波动的反射和透射,研究波动频率和结构敏感频率的匹配关系。通过对以上三方面的研究,较为全面的揭示接触网抖振和舞动的发生机理、以及接触线波动的传播特性,提出初步的风振抑制和控制方案。本文的主要工作如下:首先,为了描述环境风下接触网的大幅振动行为,基于非线性有限元理论,采用非线性索、杆单元建立了接触网三维模型。引入静态找形法,精确求解接触网的初始平衡态,并与现有文献进行比较,验证了结果的正确性。结合受电弓模型,实现了弓网的动态仿真,通过与欧标和既有文献的对比验证动态求解的有效性。其次,充分考虑接触网沿线随机风场的时间和空间相关性,采用经验风功谱生成接触网沿线脉动风速。基于流体诱发振动理论,推导作用在接触网线索上的气动力。考虑接触线截面的特殊性,通过流体力学计算方法获得接触线气动力系数。通过有限元非线性求解,研究了接触网的风致振动响应,分析了接触网结构参数对风振行为的影响,分析脉动风下接触线的疲劳寿命分布。结合受电弓模型,研究随机风场对弓网受流质量的影响。研究结论表明:风速的增加会引起风振幅值的增大,来流风越趋于垂向方向,对弓网接触力的影响越大,定位点和吊弦点处为接触线风振疲劳的不利位置,短跨距、大张力可以明显提高接触网的抗风特性。然后,针对随机风场导致的弓网受流质量恶化的问题,基于受电弓多体动力学模型,提出了受电弓主动控制方案。通过在受电弓上下框架安装PD控制器分别提供控制力和控制力矩。同时考虑控制器时滞、作动器灵敏度以及随机风场的影响,研究了控制参数对控制效果的影响。研究结果表明:受电弓的PD控制器应当包含一个正的比例反馈参数和一个负的微分反馈参数,控制器时滞的增加和控制器灵敏度的降低均会对控制效果的产生负面影响,在高时滞、低灵敏度情况下,仍然能够找到合适的控制参数,以降低接触力波动、减小弓网离线率。接着,针对接触网在极端条件下的舞动现象,基于邓哈托理论,对舞动机理进行解释。通过流体力学计算方法获取接触线在不同磨损程度下的气动力系数,计算不同风速下接触线发生失稳舞动的区域。考虑接触网与风场的流固耦合特性,提出接触网舞动的数值仿真方法。通过非线性有限元求解,分析接触网的舞动响应,以及不同张力等级、脉动风干扰对舞动行为的影响。研究结果表明:重度磨损的接触线截面会带来气动负阻尼,导致系统的自激振动,张力的提升可以有效抑制接触网的舞动,脉动风引起的强迫振动对于舞动的影响可以忽略不计。最后,基于波动分析理论,建立接触网波动模型。分析吊弦处波动反射与透射系数。考虑多普勒效应,研究了移动载荷下波动频率与系统敏感频率的匹配关系。采用波动分析方法对有限元仿真结果进行了解释。研究结果表明:提升接触线张力、降低承力索张力都可以有效降低吊弦处的反射系数,波动频率和接触网敏感频率一致时,会导致共振现象,恶化弓网受流质量。