我国铁路建设的快速发展在推进我国社会和经济的快速进步方面有着不可替代的作用。由于我国铁路运输条件复杂,且客货运量需求巨大,客货混跑是我国运输的主要模式之一。客车和货车在运行速度、列车整体结构、动力学性能和轴重方面存在巨大差异,客货混跑线路钢轨存在各种各样的问题。钢轨打磨是目前为止世界上公认的有效解决钢轨异常磨耗等问题的方法之一,钢轨的日常维修和养护对延长钢轨使用寿命,提升铁路运行品质和安全都具有重要意义。钢轨打磨廓形是否合理是影响钢轨打磨质量和钢轨打磨效率的主要因素。因此针对客货混跑线路设计合理的钢轨打磨廓形是解决钢轨在运行过程中异常磨耗问题,同时延长钢轨使用寿命的重要工作。本文在总结国内外相关行业专家和学者研究的基础上,以客货混跑线路为基础,建立三次NURBS曲线拟合模型来描述客货混跑线路的钢轨廓形。采用优化的遗传算法对其求解,完成客货混跑线路不同工况下的钢轨打磨廓形的优化。并对其进行系统的分析和验证,提升钢轨打磨质量,提高打磨效率。针对钢轨磨耗问题进行磨耗预测,探究钢轨磨耗量的大小及磨耗廓形的演变以及发展规律。主要工作内容和创新如下:(1)建立标准60kg/m钢轨廓形和磨耗钢轨廓形三次NURBS描述方法,并对此方法进行验证。结合此方法提出了以N个型值点的横、纵坐标为设计变量,以减少打磨量,降低轮轨磨耗量和减小轮轨横向力为目标函数,以钢轨廓形的单调性、凹凸性、脱轨系数以及磨耗廓形和CN60钢轨廓形为上下边界范围为约束条件的多目标优化模型,并创新性的采用优化的遗传算法进行求解计算。分别得到直线工况和曲线工况下的设计打磨廓形,同时对设计的钢轨廓形进行三维曲面拟合。(2)建立25T客车和C70货车的多体动力学模型,并在多个工况下对比分析了设计的钢轨打磨廓形和CN60钢轨打磨廓形的运行稳定性、安全性、轮轨接触特性、打磨量以及钢轨磨耗特性。发现设计的钢轨打磨廓形具有良好的动力学性能和曲线通过性,在运行过程中轮轨接触状态良好,有利于减小列车运行过程中钢轨的磨耗量,延长钢轨使用寿命,保证列车的平稳安全运行。(3)建立客车和货车轮轨接触有限元模型,并进行接触分析。同时创新性的提出基于统计学和有限元法的摩擦功磨耗计算方法,即接触斑上各节点的摩擦功等于节点上摩擦力与接触点对相对位移的乘积。并且通过新的摩擦功计算方法进行钢轨磨耗预测,与实际测量的钢轨磨耗数据进行对比分析,探究钢轨磨耗规律。