随着我国地铁载客量和车辆运行速度不断提升,线路钢轨波磨和车轮多边形磨耗现象越来越普遍,伴随着车辆零部件疲劳破坏现象频繁发生。轮轨波磨导致轮轨关系不断恶化,会激励轮轨产生中高频振动,并传递到车辆各零部件;这对一系钢弹簧的动应力特性有重要影响。因而,有必要对地铁车辆一系钢弹簧在轮轨中高频激励下的动应力进行研究。针对国内某B型地铁车辆一系钢弹簧断裂失效现象,通过现场试验和仿真计算对轮轨中高频激励下的一系钢弹簧振动特性和动应力进行了研究,主要工作及结论如下:(1)论述了国内外对车辆一系钢弹簧以及轮轨波磨中高频激励的研究现状,总结了结构动应力的研究方法,明确了轮轨中高频激励下一系钢弹簧动应力的研究意义和方法。(2)通过对某地铁线路的轮轨不平顺、车辆零部件振动加速度和一系钢弹簧应力测试发现:车辆多边形磨耗比较轻微,钢轨波磨比较严重;钢轨波磨波长主要为125mm~500 mm,车辆零部件(轴箱、弹簧座和构架)振动中高频主频为50~70 Hz,一系钢弹簧动应力主频为60 Hz。(3)利用有限元软件ANSYS建立了一系钢弹簧有限元模型,分析了钢弹簧内外簧的固有模态、动刚度特性以及外部激励的敏感频率。研究了在敏感频率下位移激励的幅值和车辆轴重对钢弹簧应力的影响规律。结果表明,在激励频率高于钢弹簧一阶固有频率后,弹簧刚度出现频变现象;内簧对垂向位移载荷的敏感频率是60 Hz,内簧应力与位移激励幅值和车辆轴重均为正相关。(4)利用多体动力学软件SIMPACK建立了考虑一系钢弹簧柔性的车辆系统刚柔耦合动力学模型,通过线路行车试验数据对车辆动力学模型的准确性进行了验证。基于建立的车辆刚柔耦合动力学模型,计算分析了钢轨波磨波长、波磨波深、行车速度对钢弹簧动应力大小的影响。结果表明,弹簧动应力大小与波磨波长和行车速度有重要关系;在一定行车速度下,波磨通过频率与弹簧固有频率接近会导致弹簧动应力显著增大;波深越大,钢弹簧动应力越大。(5)针对地铁实际线路钢轨波磨情况,从钢轨打磨、行车速度、橡胶垫刚度和簧丝直径等方面研究了钢弹簧动应力的减缓措施。结果表明,钢轨打磨、优化行车速度、减小橡胶垫刚度可有效降低钢弹簧动应力和振动加速度水平,单纯改变簧丝直径不能有效减缓钢弹簧动应力。