轮对作为铁道车辆走行部的关键部件,其轮轨几何关系复杂,轮轨的碰撞振动对车辆运行的稳定性影响较大,出现问题时会影响行车安全。因此,有必要对轮轨的碰撞振动特性进行研究,本文主要研究轮对在蛇行激励下轮轨系统的动力学行为特征。论文以轮轨为研究对象,应用有限元方法对钢轨做静态分析求出钢轨的等效刚度,在不考虑摩擦的情况下,忽略轮对的侧滚和摇头运动,认为轮对的横向和垂向运动为弱耦合,分别建立不同的力学模型来研究车辆轮轨间的非线性动力学特性。求得运动微分方程的解析解,应用四阶龙格库塔法进行数值仿真,求出系统的数值解,通过系统的分岔图、时间历程图、相图、Poincare截面图和频谱图等对仿真结果做动力学特性分析。研究发现轮轨系统发生了 Hopf分岔、内依马克-沙克分岔、环面倍化、激变等通往混沌的道路。首先,根据自由轮对和轨道的接触关系,建立了两自由度轮轨系统弹性碰撞振动模型,仿真分析了系统在频率、一系悬挂垂向阻尼C2和一系悬挂横向刚度K1下的非线性动力学行为。研究发现两自由度轮轨弹性碰撞振动系统在相应的系统参数下,发生了Hopf分岔、边界激变和倍化分岔等分岔行为,揭示了通往混沌的道路,系统可以由三周期运动直接进入混沌,且轮轨系统对一系悬挂横向刚度K1比较敏感。其次,考虑单自由度车体对轮轨关系的影响,建立了四自由度轮轨系统弹性碰撞振动模型,应用Floquet理论对轮轨系统做了稳定性分析。仿真分析了系统在频率ω和一系悬挂垂向阻尼C2下的非线性动力学行为,研究发现系统主要由单周期运动经过光滑的Hopf圈逐渐膨胀后进入混沌。此外,一系悬挂垂向阻尼C2也会对轮轨横向稳定性产生影响,在阻尼值太小或过大时,均会使轮轨系统进入混沌运动状态。最后,考虑四分之一车辆和钢轨之间的轮轨关系,建立了四分之一车辆轮轨系统弹性碰撞的振动模型,由于该模型较为复杂且来源于工程实际,仿真发现轮轨系统有丰富的周期转迁行为、五周期运动、内依马克-沙克分岔、Hopf分岔和环面倍化等进入混沌的多重途径。另外,一系悬挂横向刚度K1也会对车辆轮轨横向稳定性产生影响,轮对的速度随刚度的增大得到了快速的收敛。将系统参数返回到原始模型,车辆轮轨系统的仿真参数基本在所设定的参数附近浮动,该研究结果具有一定的对现实的指导意义。