随着经济水平的提高,国内轨道交通行业得到大力发展,但犹存已久的钢轨波磨问题仍未得到完全解决。钢轨波磨的存在使得列车通过该线路区段时车辆产生强烈的振动,波磨严重地段还会出现尖锐噪声,严重影响乘客乘坐的舒适性。除此之外,钢轨表面的不平顺会改变轮轨接触状态,使车轮对钢轨形成较大冲击,致使车辆和轨道系统受到损坏,严重危害线路和行车安全,铁路相关部门每年都会花费巨大财力用于波磨的消除及新轨的更换。虽然钢轨波磨的研究成果众多,但研究者对钢轨波磨形成机理的认识却各不相同,至今没有提出能够完全消除钢轨波磨的办法,因此正确认识钢轨波磨的形成机理及发展过程,从源头上消除钢轨波磨对于轨道交通行业而言显得非常重要。基于陈光雄教授提出的摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点,运用Simpack和Abaqus软件分别建立了小半经曲线轨道上轮轨系统动力学和有限元模型,通过有限元软件提供的复特征值分析方法和瞬时动态分析方法对钢轨波磨现象展开研究,本文主要工作内容及结果如下:(1)运用Simpack软件建立了小半径曲线轨道上轮轨系统动力学模型,探究了轮轨间蠕滑力饱和情况。计算结果显示,在小曲线半径轨道上车辆前转向架导向轮对与钢轨间的蠕滑力基本达到饱和状态。基于该结果,随即建立包含该轮对的轮轨系统有限元模型。(2)现场实测波磨数据通过推算可得小半径曲线上波磨发生频率范围为305.56~451.38 Hz。通过复特征值分析可以知道,轮对采用过盈配合模拟方式时计算结果要优于整体式轮对模拟方式,波磨预测频率在322.99 Hz左右,该频率与实测频率一致。同时,探讨了轮轨接触区单元尺寸对模型结果的影响,通过对比结果发现本文所建立的有限元模型计算结果具有较高精确性。(3)对采用轮轴过盈配合的高精度钢轨波磨预测模型进行瞬时动态分析,动态响应结果显示低轨上轮轨接触力和垂向振动加速度会出现剧烈波动,且波动幅值要远远高于高轨,计算结果表明波磨更易出现在低轨上,这与实际线路波磨现象极为一致。对低轨上时域响应结果进行功率谱密度(PSD)分析,分析结果表明动态响应信号的波动频率与复特征值分析得到的主要不稳定振动频率十分相近,验证了复特征值方法分析结果的准确性。(4)选取高精度钢轨波磨预测模型,研究合理范围内轮轴过盈量大小及轮轨单侧摩擦系数对系统摩擦自激振动的影响。计算结果表明轮轴过盈量对系统发生摩擦自激振动趋势基本无影响;外侧轮轨摩擦系数对波磨影响较小,内侧轮轨摩擦系数对波磨产生趋势影响明显,适当减小内侧轮轨摩擦系数有利于抑制钢轨波磨的产生。同时,研究了地铁线路上采用GJ-III减振扣件轨道区段的钢轨波磨现象,研究结果显示对于直线段上的波磨,用垂向刚度较高的DTVI-II扣件替换GJ-III扣件可以完全消除波磨产生,而对于曲线段上的波磨问题而言,该种方法虽然可以减小系统不稳定振动发生趋势,对钢轨波磨有一定的抑制作用,但不能消除波磨产生。