根据国家《中长期铁路网规划（2008年调整）》指示，到2020年，全国高速铁路专线里程将达1.6万公里以上，确保如此大规模高速铁路网系统的安全性和可持续性是我国高速铁路面临的重大挑战。高速列车是高速铁路技术体系的核心，其高速运行条件下的列车动力学行为、特性及其作用规律等构成了高速列车最重要的基础科学问题。滚动轴承作为列车走行部的关键零部件，时常出现内圈与轴颈配合松动故障，内圈蠕滑一旦达到旋转状态，即会引起配合面急速升温，进而引发热切轴事故。因此，有必要对高速列车滚动轴承支承松动系统的非线性动力学特性进行研究，明晰松动故障对列车动力学特性的影响及其演变机理，以实现高速列车滚动轴承工作状态的实时监测，达到早期松动故障诊断的目的。本文首先根据故障实例归纳了典型机械松动现象的故障原因及表现形式，对松动问题相关研究的数学模型进行了综述；针对含支承松动的单圆盘转子系统模型，推导出增量谐波平衡法的求解过程，引入Floquet理论对周期解进行稳定性判定，并通过时频谱图、相图及Poincare映射图分析转子系统松动的故障特性。以转子系统支承松动的研究为基础，考虑高速列车滚动轴承的支承松动问题，建立了高速列车车体-构架-悬挂-滚动轴承-轮轨垂向耦合动力学模型；将德国轨道高低不平顺功率谱转化为时域随机信号，作为列车的垂向随机激扰；根据高速列车轴箱某型双列圆锥滚子轴承的结构参数，计算了正常配合状态下轴承的刚度和阻尼。采用优化的四阶Runge-Kutta数值积分方法对高速列车滚动轴承支承松动系统进行求解，以轴箱轴承的松动间隙为控制参数，研究了系统的非线性动力学特性，再进一步考虑松动刚度和阻尼随松动间隙变化的情况下，松动间隙与列车行驶速度分别对系统非线性动力学特性的影响，得出结论：随着松动间隙的增大，系统运动出现分岔，振动速度、高频成分幅值都逐渐增大，但系统振动响应的低频成分取决于列车的行驶速度，不随松动间隙改变，并且发现松动间隙比行驶速度对系统动力学特性的影响比重大。最后，借助课题研究团队设计制造的高速列车轴承松动模拟试验台，开展了松动端与未松动端轴承内圈转速测量实验和轴承座振动信号测量实验，实验结果与理论分析基本相符，验证了理论研究的正确性。