冲击振动机理问题的研究对含间隙、约束的非光滑机械系统和铁路客车的动力学参数优化设计、运行安全性、可靠性和延长使用寿命及减小或消除噪音等方面都具有重要的工程实际意义。非光滑系统一般是多参数的高维系统,参数变化会引起系统的动力学特性发生质的改变,其动力学性能的优劣直接影响系统的整体功能与性能指标,是决定系统能否安全、高效和和谐运行的关键因素。近年来,国内外学者对非光滑系统动力学的研究大多是基于单参数分岔,而研究非光滑系统的动力学特性及其与系统参数的关联关系及参数的合理匹配规律,急需提出新的计算方法。本文通过多参数、多目标协同仿真分析,以典型的含间隙-刚性或弹性约束的两自由度冲击振动系统为研究对象,通过二维参数-变量分岔图、全局分岔图、局部分岔图、相图、时间响应图以及Poincaré映射图等从系统层面深入研究含间隙、约束的非光滑机械系统的低频特性,以及系统的动力学特征与重要参数之间的关联关系,从而为含间隙机械系统的参数优化设计提供理论依据。最后,开展铁路客车和铁路三大件式转向架货车蛇行运动稳定性研究。主要研究工作包括以下几个方面。首先,以带有双侧约束(对称刚性、非对称刚性、不同非对称载荷和对称弹性约束)的两自由度冲击振动系统为研究对象,利用多参数、多目标协同仿真法研究了该类振动系统在低频范围内的基本周期和亚谐冲击振动的模式类型、参数域分布和分岔边界等特征。揭示了因相邻基本周期冲击振动相互转迁的不可逆性导致的一系列奇异点及两类转迁域(迟滞域和舌形域)的产生机理。发现了相邻基本周期冲击振动因其Grazing分岔和鞍结分岔的不可逆性导致的于迟滞域内的共存现象。确定了舌形域内亚谐冲击振动的模式类型、分布规律及其分岔特征,揭示了基本周期冲击振动向非完整型颤碰振动和完整型颤碰振动(刚性约束情况)的转迁规律。研究结果表明,对于相邻基本周期冲击振动的转迁过程,该类振动系统具有一定的相似性,即相邻基本周期冲击振动相互转迁的不可逆性是由一个基本周期冲击振动的Real-grazing和Bare-grazing分岔边界与其相邻基本周期冲击振动的鞍结分岔和周期倍化分岔(或另一不同的鞍结分岔)边界交替横截所致。不同点在于舌形域内亚谐冲击振动模式类型。针对带有对称约束的振动系统,在相邻基本周期冲击振动1-p-p和1-(p+1)-(p+1)间的舌形转迁域内主要存在1-p-(p+1)基本周期振动和2-(2p+1)-2p、3-(3p+1)-(3p+1)和5-(5p+1)-(5p+1)等亚谐振动,其中1-p-(p+1)振动发生域的面积最大,该类亚谐冲击振动随激振频率或间隙阈值变化一般发生周期倍化分岔或Grazing分岔。针对带有非对称因素的振动系统,当左侧约束间隙阈值较小或作用在两质块上的载荷差值较小时,其存在系列基本周期冲击振动群1-p-0,1-p-1,1-p-2,1-p-3,1-p-4,…,1-p-m,…(p,m=0,1,2,3,…),依据不同的基本周期冲击振动群,舌形域内亚谐冲击振动的模式类型各不相同。分析了带有对称刚性约束和对称弹性约束振动系统的质量、刚度、阻尼、碰撞恢复系数和激励力振幅等参数对系统动力学特征的影响。基于系统1-1-1振动的最小冲击速度和最大参数存在域,确定了系统的动态特性与其参数的匹配规律,为冲击振动系统和含间隙振动系统的动态性能综合匹配设计提供理论依据。其次,以带有单侧约束(单侧刚性和弹性约束)的两自由度冲击振动系统为研究对象。探讨了该类振动系统的低频振动特性,分析了带有单侧约束振动系统的动力学特性与其参数之间的关联关系。对比了带有双侧约束系统的动力学特征与带有单侧约束系统动力学特征的异同性。最后,把多参数、多目标协同仿真法应用到复杂的工程实际中,针对铁路客车和三大件式转向架货车的横向动力学问题开展深入研究。着重分析了非线性轮缘力作用下的铁路客车和三大件式转向架货车在新轮期和磨耗期两种情况下的动力学特性及其差异性,分析了由磨损引起的车轮踏面轮廓变化对铁路车辆蛇行特性的影响。揭示了悬挂刚度、轮轨摩擦系数等参数与系统动力学行为的关联关系,确定了参数敏感度及合理的匹配范围,为铁路车辆悬挂参数的综合设计和最优组合提供了理论依据。