随着中国高速铁路的不断发展,目前中国高速铁路最高速度已提升至350km/h,同时随着新时代的到来,国家需要和社会的需求对高速铁路的速度要求不断提高,目前已把时速400公里级高速铁路关键技术的研究纳入下一步规划当中。但在如此复杂、高频的铁路运营中,由于轮轨接触产生的问题层出不穷,例如由轮轨冲击造成的轨面损伤和轨道系统的零部件损坏、高速铁路带来的噪声问题以及高速铁路的高标准和高要求带来的高养护维修成本。并且伴随着高速铁路速度的不断提升,轮轨动态的作用关系加剧,一定程度的增加了轮轨间的伤损。通过日渐成熟的焊接技术将标准轨连接起来的无缝线路在一定程度上解决了高速线路在运营速度和周中上的限制。但一些劣质焊接接头对车辆运营带来了新的问题,车辆通过劣质焊接接头时伴随着高额的轮轨冲击力,会造成钢轨伤损、甚至断裂。其次钢轨内部在冬春季节会产生较大的温度拉应力,在钢轨焊接接头处难以保持较好的强度和稳定性,劣质焊接接头在高温度应力的情况下甚至可能会发生钢轨断裂,直接影响无缝线路的行车安全。因此,研究分析更高速度的运营线路的钢轨焊接接头与断缝问题对行车安全和无缝线路养护维修具有重大意义。本文基于显示有限元方法并采用标准LMA车轮踏面与CHN60钢轨型面建立了三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型。在第2章详细阐述了瞬态模型的建模方法与轮轨滚动模拟过程,同时模拟准稳态滚动接触状态并与CONTACT算法进行了有效验证,并展示了准稳态滚动接触状态的轮轨接触求解结果。第3章在第2章建立的三维瞬态滚动有限元模型基础上,在钢轨上引入了理想焊缝不平顺激励以模拟钢轨焊接接头处瞬态冲击行为。计算了时速400km工况下,不同波长、波深下凸型焊缝与凹形焊缝所激起的轮轨动态响应。并提出了时速400km高速运营线路的凸型焊缝、凹型焊缝平直度限值,为铁路工务部门的养护维修工作提供参考。同时建立了时速400km工况下凸型焊缝与凹形焊缝在不同波深下轮轨最大动态力与几何梯度拟合曲线,通过实测焊缝的验证,该曲线能有效预测钢轨焊接接头处轮轨动态力,便于工程应用。为模拟钢轨断缝处轮轨瞬态冲击行为,第4章基于显示有限元法建立了考虑钢轨断缝的三维轮轨瞬态滚动有限元模型,详细分析了车轮的跨缝形式,并选择断缝宽度10mm与断缝宽度70mm作为典型工况分析展示了车轮跨缝时的动态响应。同时参数化计算了通过速度、断缝宽度、断缝位置、扣件刚度对车轮跨缝时动态力与台阶值的影响,分析不同条件对车轮跨缝所激起的动态响应的影响程度。并基于断缝位置处于最不利工况进行了限值研究,从车轮跨缝形式与车轮跨缝垂向冲击力的两个角度分别提出了相应的限值,对无缝线路设计的断缝允许值与钢轨断裂后的紧急降速措施提供参考。