中文摘要：

利用罚函数法建立高速轮轨弹塑性滚动接触变分方程，方程的边界虚功项中考虑到了轮轨的滚动行为和摩擦效应的相互影响。用有限元方法对虚功方程进行离散并作线性化处理，用数学规划法和Newton-Raphson法实现其数值解。理论模型和数值方法中考虑到了高速惯性力、材料的棘轮效应、几何形状和接触斑以外边界条件的影响。实现高速轮轨由二维到三维弹塑性滚动接触数值模拟，有助于解决高速列车轮轨作用的系列问题，如轮轨材料塑流型波浪磨损和磨耗型磨损发生和发展过程以及耦合影响的机理、滚动接触疲劳、滚动摩擦噪音等问题。对我国未来高速列车安全运营和降低运输成本有较重要的意义。

结论摘要：

利用有限元方法和节点力平衡法（达郎伯原理或动平衡法），建立二维高速轮轨弹性滚动接触模型，分析了轮重和车轮高速滚动对轮轨接触压力、切向力、轮轨体内的应力应变的影响，数值结果显示车轮滚动的速度对轮轨滚动接触力学行为有一定的影响。随着滚动速度的提高，轮轨接触斑前沿的压力增大，后沿的压力变小，切向力分布的变化情况相反；建立了考虑材料棘轮效应的轮轨二维非稳态滚动接触弹塑性滚动接触理论模型，分析了轮轨非稳态滚动接触条件下残余应变累计过程；考虑解决和实际应用的需要，将本模型与车辆轨道垂向耦合动力学模型结合起来并形成了初步阶段的钢轨塑性型波浪形磨损计算模型，利用此模型分析了钢轨初始周期不平顺和凹坑对塑性波磨形成和发展的影响，掌握了轮轨的接触振动特性和钢轨轨头材料塑性累积变形之间的关系，初步了解塑流波磨形成和演化规律； 建立车轮过轨缝接头处的三维冲击冲击接触计算模型，分析了车轮通过轨缝有害空间轮轨强冲击载荷下弹塑性应力/应变历程，为优化轨头连接结构形式和参数提供了有效的手段。建立轮轨二维三维滚滑接触条件下热应力计算模型，分析了轮轨摩擦温度对轮轨接触应力/应变的影响。发现轮轨摩擦温度应力接近机械载荷应力。