（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031）

1 研究背景

作为铁路车辆中最为核心的走行部件——车轮，其系统的失效将会造成灾难性后果及巨大的经济损失。随着列车速度的不断提升和轴重的增加，车轮不圆顺伤损问题日益严重，严重影响轨道-车辆零部件的服役寿命和车辆的乘坐舒适性，甚至威胁行车安全，已成为轨道交通领域备受关注和亟待解决的难点问题之一[1-3]。

目前，针对车轮不圆顺条件下的轮轨关系研究通常采用多体动力学方法和有限元方法[4-6]。多体动力学方法大多基于Hertz接触理论和稳态滚动假设，不能很好地描述轮轨系统的几何、材料和接触非线性，无法考虑轮轨相互作用的动态效应，且不能直接求解轮轨系统的应力/应变状态。有研究表明，当研究对象无明显结构变形（即频率低于第一振型）时，多体动力学方法才是准确和有效的；而在频率高于第一振型（大于84 Hz）时，其求解精度会显著降低[7-8]。基于连续介质力学的有限元方法不仅可以考虑到局部变形，还可以考虑到强非线性、应变率效应和应力波传播效应，被认为能够更好地求解轮轨动态力学响应，近年来在求解轮轨滚动接触行为研究中得到了越来越多的应用[9-12]。

然而，在采用有限元方法求解车轮不圆顺引起的轮轨动态响应问题时，通常存在以下2个问题：①车轮踏面缺陷具有随机性（包括尺寸、形状、位置及分布的随机性），造成几何模型复杂，有限元建模难度很大；……