截止到2016年年底,我国铁路营业总里程达到12.4万公里,其中高速铁路超过2.2万公里,位居世界第一。随着高速铁路和重载铁路的快速发展,其安全稳定运行直接与国民经济的发展息息相关,同时为使巨大的内需得到更多释放,铁路建设重点开始向中西部地区倾斜。兰新高速铁路作为是世界上一次性建设里程最长的高速铁路,大幅提升了客运与货运能力。但是新疆特定的地形地貌形成的狭管效应和冷空气越山形成的后流洩风造成了兰新线的百里风区,该区域风力强劲,大风频繁。有记录的实测最大瞬时风速曾经达到60m/s以上。强风环境会引起复合绝缘子伞裙发生形变,导致伞裙根部出现严重的应力集中。在周期循环风载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态并最终导致伞裙撕裂问题。针对上述问题,本文以铁路系统腕臂复合绝缘子为对象,首先选用三个厂家的绝缘子硅橡胶材料进行应力疲劳实验和材料拉伸实验,探究硅橡胶疲劳性断裂的过程,以及硅橡胶内部缺陷及添加物对硅橡胶材料疲劳特性的影响。同时根据硅橡胶表面及疲劳断面切片的显微结构来分析三种硅橡胶材料机械强度。本文通过基于风洞试验系统对腕臂复合绝缘子进行实验,并结合COMSOL软件的CFD模块对风洞及绝缘子简化的可行性进行了仿真及验证。研究了不同迎风角下复合绝缘子迎风角与起振风速、停振风速的关系,并得到最不利迎风角等相关参数。同时根据绝缘子现场运行环境,研究了风沙环境对绝缘子伞裙起振风速、停振风速的影响。并根据绝缘子伞裙振动的现象,对复合绝缘子胶合界面进行了疲劳老化实验,以探究风沙环境对绝缘子胶结材料机械特性的影响程度。针对腕臂复合绝缘子伞裙的运动特性,建立了腕臂绝缘子三维流固耦合仿真计算模型,分析绝缘子伞裙形变与伞裙根部应力的变化规律,同时得到风速与绝缘子芯棒应力及不同风速、不同迎风角下绝缘子伞裙形变与伞裙根部应力的变化曲线。根据以上数据通过改变伞裙组合方式、伞裙材料、伞伸出、伞倾角,伞边沿厚度及伞根部倒角半径等参数,设计出抗风型腕臂复合绝缘子。