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城轨交通车辆的快速发展在近年来很大程度上缓解了因城市和人口飞速增长所带来的城市交通拥堵。由于运载量的增大,城轨车辆的种类多样,车辆参数也根据需要呈现多样化,为了满足更多的乘客需求,车辆的的运行线路也不断增加,在如此复杂的运行环境中,城轨交通车辆与轨道下部基础呈现出更多的复杂性,这种复杂性造成城轨车辆波磨、扁疤、不圆、异常磨耗等故障的出现,且故障的发生常常不仅以单一形式存在,轮对故障会与钢轨故障同时耦合并发存在。本文以实际城轨车辆为依据,以实际运行线路及运营环境为研究背景,针对车辆轮轨常见故障,建立动力学模型并开展仿真研究,揭示车辆在发生钢轨波磨及车轮故障产生的轮轨复合故障在一定工况下对车辆的动力学性能及振动响应的影响,通过本文研究的结果可以对城轨车辆运营单位提供理论指导,使运营单位在面对轮轨复合故障的情况下对于车辆的运维方面积累一定的理论依据。本文主要进行了以下几方面的研究工作:1.对国内外各学者的科研成果与研究进行分析调研,主要包含车辆下部的钢轨波磨故障以及车辆轮对的常见故障类型(车轮多边形,车轮扁疤,车轮异常磨耗)的研究现状,明确本文研究方向,确定研究的主要内容,阐述了研究的意义。2.以多刚体动力学理论为研究依据,以钢轨及轮对作为文章重点研究对象,使用SIMPACK软件建立了细致合理车辆耦合动力学模型,通过分析钢轨波浪形磨耗及三种常见的轮对故障(车轮多边形,车轮扁疤,车轮异常磨耗)的产生原因并利用Matlab,AutoCAD及SIMPACK结合对轮轨复合故障建立相应合理的动力学简化模型,使其能以复合故障的形式进行结合,为接下来的仿真计算做好了理论模型基础。3.确定了研究工况包括速度设置、线路设置;论述了评价指标,如垂向加速度,振动响应时、频域分析,轮轨力,脱轨系数,轮重减载率,平稳性、Archard踏面钢轨磨耗量,轮轨接触情况等动力学响应,仿真扁疤-波磨、多边形-波磨、异常磨耗-波磨这三种常见的轮轨复合故障,并首先对单一波磨故障在不同波深下对于车辆的动力学性能进行详细分析,得到随着波深的增大,动力学各参数更加恶劣。4.通过建立扁疤-波磨轮轨复合故障模型,通过改变车轮踏面扁疤的参数指标为扁疤长度,在50km/h的运行速度下通过曲率半径为400m的曲线或经过小曲线时,轮轨复合故障比单一故障对车辆动力学响应影响更恶劣,加剧车辆的动力学性能;通过改变不同种类下轮轨复合故障的参数进行分析,在扁疤-波磨复合故障下,通过轮重减载率确定了扁疤-波磨同时存在时的扁疤镟修限值为30mm,相比与仅扁疤存在时要提前缩短镟修限值;踏面与钢轨磨耗位置都在为20mm~35mm,且钢轨磨耗更靠近轮缘方向,轮对磨耗量大于钢轨磨耗。5.通过建立多边形-波磨轮轨复合故障模型,改变车轮多边形故障为阶数、幅值参数指标,并与仅波磨、仅多边形下进行比较分析,得出虽然复合故障保持了单一多边形故障的趋势,但轮轨复合故障比单一故障对车辆动力学响应影响更恶劣,加剧车辆的动力学性能;在本文运行线路下5阶多边形-波磨故障对于车辆的安全性指标相对更敏感;多边形-波磨复合故障下的踏面磨耗发生位置为-10mm~20mm,钢轨磨耗为-15mm~5mm,且踏面磨耗量大于钢轨磨耗量。6.根据第二章建立得到的异常磨耗-波磨轮轨复合故障,通过改变车轮异常磨耗的参数指标:磨耗宽度与磨耗位置来改变车辆复合故障程度,轮轨复合故障使得车辆车轮及钢轨磨耗加剧,且复合故障下车轮磨耗量大于钢轨磨耗量,并得出了轮轨磨耗易发生在滚动圆附近40mm区间内。通过本文的研究,得到波磨故障及车轮故障进行复合时形成轮轨复合故障情况下对城轨车辆动力学性能及动态响应的分析,得到复合故障下大的故障镟修限值及各动力学指标的发展趋势,并通过对车体持续功率谱密度图谱的功率谱密度值的幅值变化与复合故障下的频谱图频谱变化对不同种类故障进行分析识别,为运营单位对车辆关键部件的养护和维修提供理论支持。