随着列车运行速度的提高,由线路不平顺激振引发的随机振动对轨道车辆的平稳性、舒适性和疲劳寿命以及车载设备的可靠性均产生了重要影响。车载设备通过紧固件安装于车辆上,目前执行的振动标准中,车载设备在随机激励作用下的环境适应性以及车辆的随机响应研究以相对独立的体系进行,两者之间的相互作用难以计入;同时,车辆类型、设备安装位置、运行线路状态等因素对系统随机响应的影响也很难体现。目前车载设备环境适应性校核的主要标准,是以欧洲测试数据为依据,随着应用推广,标准对于我国铁路运行情况适用性的质疑不断被提出。采用车载设备-紧固件-车辆系统的整体研究,可以充分考虑车辆自身因素并计入两者的相互作用,具有真实反映出振动环境的优势。紧固件局部的连接特性使得车载设备-紧固件-车辆系统整体随机振动分析的难度提高。因此降低整体分析的复杂性并开展虚拟试验（数值分析）,能够节约高昂的试验成本并弥补物理试验的局限性,对轨道车辆的设计具有非常重要的工程应用价值。本博士论文从建立紧固件等效力学模型及车载设备-紧固件-车辆系统随机响应求解的理论研究入手,开发虚拟试验平台并结合物理试验进行轨道车辆系统的随机振动研究及应用。具体的研究内容主要包含以下几个方面:1.建立紧固件轴向和切向的等效力学模型,开展数值分析与原理性实验对模型进行校验,并确定模型参数。一方面,基于应变能推导出紧固件轴向等效力学模型,确定几何、材料以及预紧力、摩擦系数的影响规律,利用原理性实验对等效参数进行验证,结合研究成果完成相应ABAQUS建模插件的开发,并通过更全面的数值计算验证了其精确性和高效性。另一方面,应用精细有限元模型开展了紧固件切向特性的研究,确定了Bouc-Wen模型等效的适用性,分析几何参数、材料参数等因素对切向滞迟特性的影响规律,利用最小二乘法实现了切向等效力学模型的有效参数识别。2.推导了车载设备-紧固件-车辆系统的运动方程,并提出了平稳和非平稳随机响应的高效求解方法。一方面,在紧固件轴向等效力学模型基础上通过直接修正方法创建两节点等效动力单元模拟车载设备和车辆系统的连接关系,利用虚拟激励法获得平稳随机激励作用下设备的响应,明确紧固件连接的影响规律。另一方面,在非平稳随机激励作用下,利用虚拟激励法将非平稳随机问题转化为普通动力响应时间历程分析;针对紧固件切向的滞迟非线性,以获得的响应统计量为基础,结合等效线性化技术和Runge-Kutta法,确定了高效的非平稳响应求解方式,并采用Monte Carlo法验证了结果精度。3.在上述分析方法基础上引入车辆系统精细有限元模型进行随机振动虚拟试验平台开发。车辆系统组成部件繁多,局部结构复杂且受到运行线路、轨道状态等因素的影响,开展随机振动物理试验研究面临多方案对比周期长,超限尺寸车辆难以试验等局限性。引入车辆系统的精细有限元模型能够在一定程度上弥补上述局限性。具体地,利用虚拟激励法的高效求解特性,开发了适用于轨道车辆精细模型研究的随机振动虚拟试验平台（RVRAP）,结合GB/T5599-2019、ⅡW等标准,实现了车辆系统虚拟试验研究以及平稳性、舒适性和疲劳寿命评估。4.针对两种类型车辆,分别开展了虚拟试验和物理试验研究,将结果进行了对比验证,实现了虚拟试验平台的可靠性校核,并明确了不同因素对整体系统随机振动响应的影响。进行了城市轨道车辆的虚拟平台及实际运营线路的随机振动对比试验研究。针对实际线路测试激扰条件难以重复而无法开展改进结构对比的局限,以快捷货运棚车为对象,开展了虚拟平台及整车振动试验台的随机振动对比试验,进行了四种改进方案的对比研究。通过两种物理试验的响应测试结果及定量评价对RVRAP平台的虚拟试验结果进行了校核,确定了虚拟试验有效性的同时,为其进一步完善提供了方向和基础。