重载铁路作为铁路货物运输中最先进最有效的技术手段,已在世界各国得到广泛应用及发展,并将有助于改善我国现今货物运输供需矛盾问题。然而列车编组加长和轴重提高带来了一系列制约重载运输发展的问题,如轮轨损伤、车钩断裂、列车脱轨等,严重威胁列车及货物的安全。为保障重载铁路运输健康快速发展,需要对相关问题进行大量现场调研、试验及理论仿真研究。基于传统的单节车辆-轨道垂-横耦合动力学模型,考虑车辆纵向自由度和车钩缓冲器模型,将其扩展为三维列车-轨道耦合动力学模型。单节货车作为重载列车基本单位,将其简化具有52个自由度的多刚体系统,并对其各部件进行详细的非线性建模；车钩缓冲器作为纽带将单元货车串联起来,传递列车的纵向牵引制动力。模型中采用单车碰撞试验所得的缓冲器特性曲线,并考虑加卸载过程中的滞回特性。有砟轨道结构模拟为三层质量-弹簧-阻尼模型,钢轨采用连续弹性离散点支承的Timoshenko梁模型,轨枕简化为具有三向自由度的质量块,并将碎石道床等效为若干个离散刚性质量块；同时加快长编组列车仿真效率,相应建立集总参数轨道模型；应用基于任意几何型面的新型数值算法求解轮轨空间接触几何关系,利用Hertz滚动接触理论计算轮轨法向正压力；轮轨蠕滑力的计算,根据研究目的不同,分别采用沈氏理论和Polach理论。最后,利用SIMPACK商用软件验证模型的正确性和可靠性。利用所建立的动力学模型,调查平纵断面曲线下车辆的动态响应,以及曲线关键参数对轮轨动态作用力、车辆的安全性及平稳性的影响规律；基于现场实测轮轨磨耗廓形,掌握不同曲线半径和运营里程下的轮轨磨耗特性,并仿真分析轮轨磨耗状态下的轮轨接触几何关系及曲线通过动力学性能；研究机车直线段及曲线段牵引制动下的系统动态响应,以及列车变速工况下的车辆系统动态行为、轮轨动态作用力及纵向冲动机理。结果表明,列车驶过复杂线路时,平面曲线主要影响车辆动力学性能；线路几何参数设计中,条件允许情况下应尽避免小半径曲线,曲线参数中应设置约10%的欠超高和足够长的缓和曲线；实际运营中的轮轨普遍存在磨耗,小半径曲线段钢轨磨耗尤为严重,轮轨磨耗恶化了车辆系统动力学性能,特别是车体横向平稳性指标；机车牵引制动将引起轴重转移；列车不同制动方式、车钩间隙、线路条件和编组方式,将造成不同纵向冲动特性；减小车钩间隙和列车合理编组能有效降低车辆间纵向冲动；列车应避免在曲线段或坡道制动停车,否则部分车辆将处在不利状态。