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高速动车组的车速越来越快,线路环境越来越严酷,而车轮是高速动车组关键零部件之一,对其安全性和可靠性的要求也越来越高。现阶段使用的高速动车组车轮在常温下性能尚可,而在低温下易形成踏面擦伤,其在低温条件下是否安全可靠也并未进行过验证。因此,以低温服役条件下高速动车组车轮为研究对象,对车轮擦伤机理及影响、车轮形成擦伤后引起轮轨冲击及车轮擦伤后引起周期性轮轨冲击导致车轮疲劳破坏等进行分析,对我国高速动车组的运行安全具有重要的工程意义。以哈尔滨至大连客运专线CRH5型高寒动车组为研究对象,应用受力分析及故障树分析确定导致动车组车轮踏面擦伤的原因;应用有限元法,考虑轮轨间非稳态热传导、轮轨与环境间的热对流及轮轨自身的热辐射影响,考虑材料特性随温度变化的影响,采用直接耦合法建立三维轮轨接触弹塑性热-结构耦合有限元模型,分析车轮踏面擦伤的机理,并研究不同低温环境温度、摩擦系数及相对滑动/转动速度对车轮踏面擦伤的影响;应用解析法分析车轮踏面擦伤后产生轮轨冲击的原因,为后续进行低温条件下车轮踏面擦伤引起轮轨冲击分析提供依据。根据哈尔滨至大连客运专线CRH5型高寒动车组的基本参数,基于多体动力学软件SIMPACK建立车辆-轨道系统的动力学模型,考虑车轮径向尺寸变化对轮轨接触的影响,采用变轮径法模拟车轮踏面擦伤,应用变化悬挂参数法模拟低温变化,分析车轮单处、两处擦伤产生的轮轨冲击响应,并对车轮存在擦伤时的低温环境温度、擦伤长度、车速等因素变化对轮轨冲击的影响进行分析。给出哈尔滨至大连客运专线CRH5型高寒动车组车轮踏面擦伤的容许限度,为高速动车组擦伤车轮的轮轨冲击特性研究和分析擦伤车轮疲劳寿命提供条件。基于所获得的车轮擦伤后轮轨冲击载荷时间历程,将车辆-轨道系统的动力学模型进行部分修改,获得车轮无擦伤时的随机载荷时间历程;依据材料试验获得S-N曲线,结合有限元准静态叠加法,应用ANSYS WORKBENCH中FATIGUE对无擦伤时车轮疲劳寿命和有擦伤时车轮疲劳寿命进行对比分析,进而对擦伤车轮的疲劳寿命进行评价研究。上述研究实现了对哈尔滨至大连客运专线CRH5型高寒动车组车轮的冲击疲劳寿命评价,同时可推广应用至低温服役条件下其他型号高速动车组车轮冲击疲劳寿命研究。