高速动车组车轮滚动接触疲劳失效的主要形式是车轮踏面剥离及辋裂,严重威胁动车组列车的行车安全,而低温环境对于车轮钢材的疲劳极限和裂纹扩展速率影响明显。因此,低温服役条件下高速动车组车轮疲劳可靠性评价研究具有重要的意义。论文以CRH5型动车组车轮为研究对象,开展低温服役条件下疲劳寿命预测和疲劳可靠性评价研究,建立轮轨滚动接触模型,提出低温服役条件下动车组车轮疲劳可靠性评价方法;采用试验与仿真相结合的方法,进行车轮低温疲劳寿命计算,分析随机轮对横移量、轮轨摩擦热及随机垂向载荷的影响规律,获得车轮低温疲劳可靠性评价结果,为低温服役条件下高速动车组车轮的维护策略制定提供依据。考虑-40℃低温环境对于车轮材料疲劳性能的影响,通过CRH5型动车组车轮材料R8T钢疲劳试样的成组法和升降法低温疲劳试验,结合数学计算及外推获得动车组车轮的全寿命区间P-C-S-N曲线（P为存活率、C为置信度）,确定车轮强度分布参数,为车轮疲劳寿命预测及疲劳可靠性评价提供基础。基于对已有有限元轮轨接触仿真模型的研究,建立一种轮轨滚动接触隐式显式联合仿真模型,求解低温服役条件下动车组的轮轨滚动接触问题,确定车轮危险部位的应力应变状态;通过与现有接触模型计算速度的对比分析可知,所建立的联合仿真模型可用于解决从纯滚动到纯滑动下不同蠕滑率的弹塑性材料/弹塑性热耦合材料的轮轨滚动接触问题,且比现有接触模型的计算速度提高2倍。为确定动车组运行过程中的随机轮对横移量、轮轨摩擦热及随机垂向载荷三种因素对CRH5动车组车轮低温疲劳寿命的影响,采用联合仿真模型进行不同工况下的轮轨滚动接触计算;结合Liu多轴疲劳模型及车轮P-C-S-N曲线进行动车组车轮的疲劳寿命预测,定量研究上述各因素对车轮疲劳寿命的影响,结果表明踏面下1.5mm为车轮危险点,在P=99%、C=99%时,随机轮对横移量使车轮疲劳寿命预测值减少57%,垂向载荷的增加使车轮疲劳寿命预测值降低明显,而轮轨摩擦热在动车组正常运行时对车轮疲劳寿命的影响极小。在分析车轮低温疲劳寿命影响因素的基础上,提出同时考虑随机轮对横移量及车轮随机垂向载荷影响的车轮疲劳可靠性评价方法。通过对联合仿真模型计算结果的拟合,确定危险点多轴等效应力、横移量及垂向载荷三者间函数关系;结合动车组车轮的强度分布,采用Monte Carlo仿真计算确定车轮疲劳可靠度。在99%置信度下,28万km里程下车轮疲劳可靠度为83.87%,即在现有维修策略下CRH5型动车组车轮在低温服役条件下有出现接触疲劳失效的风险,失效概率约17%。上述研究结果解决了低温服役条件下高速动车组车轮的疲劳可靠性评价问题,为动车组车轮的检查及维护策略制定提供了参考,为动车组安全运行提供保障,也可推广用于解决轴承的滚动接触疲劳可靠性评价等问题。