自十九世纪英国兴建铁路以来,高速、重载与超平稳运输一直是铁路行业不懈追求的目标。由于线性隔振理论的局限性,现有货车转向架线性二系悬挂系统难以同时兼顾重载与高速运行能力,为了从根本解决上述问题,本文基于非线性隔振理论提出、设计并验证了一种具有高静地动特性的非线性二系悬挂系统。首先,提出了一种具有高静地动特性的四连杆-弹簧-质量系统,并在此基础上建立双连杆-弹簧-质量系统,利用谐波平衡法求解了双连杆-弹簧-质量系统基础简写激励作用下的稳态响应,分析了系统幅频特性,得到了系统有界振动条件,推导了系统位移传递率、加速度传递率和起始隔振频率表达式,分析了系统参数与外激励参数对系统传递率和起始隔振频率的影响。其次,利用多体动力学仿真软件SIMPACK,建立了具有非线性二系悬挂的货运车辆-轨道系统仿真模型,在实测郑武铁路轨道激励谱下,对比分析了改进车与原车直线运行平稳性与曲线通过性,探讨分析了转向架非线性二系悬挂系统连杆长度对车辆直、曲线通过性的影响。最后,根据理论分析与改进货车仿真结果,设计了具有高静地动特性的转向架非线性二系悬挂物理样机模型,利用多体动力学软件ADAMS,建立了非线性二系悬挂物理样机多刚体模型和刚-柔混合模型,在轻载与重载工况下分别进行了静力与动力仿真试验,仿真试验结果显示:轻、重载工况下非线性二系悬挂系物理样机具有良好的隔振性能,在保证连杆结构强度的情况下,连杆柔性对二系悬挂样机模型隔振性能基本没有影响。