随着铁路运输事业的发展,重载铁路为满足运能稳定增长的需求势必增加列车轴重和运输密度,而轴重的增加必然加剧轮轨之间的相互作用,加速轮轨磨耗。重载线路往往存在比重较大的中小半径曲线,在提高铁路运输效率的同时,曲线外侧钢轨侧磨和内侧钢轨压溃肥边尤为突出,严重影响了车辆运行安全性和钢轨使用寿命,增加了铁路运输养护维修成本。合理的轮轨匹配关系可以改善轮轨接触几何性能,提高车辆运行稳定性和曲线通过性能,减缓车轮与钢轨的伤损。开展轮轨廓形优化是改善轮轨关系和抑制钢轨病害发展的有效手段之一,因此,本文针对重载曲线线路展开了轮轨调查和分析,建立了基于遗传算法和层次分析法的重载曲线非对称钢轨廓形多目标优化方法,并应用该方法获得了最佳钢轨廓形,研究了最佳廓形与不同运行速度、不同轨道参数和车辆参数的适应性。论文的主要工作和结论如下:(1)对重载曲线线路展开了现场调研,掌握了重载曲线钢轨侧磨和压溃肥边等特征。通过对实测钢轨廓形和标准钢轨廓形的动态特性和静态接触几何对比,明确了重载曲线线路钢轨廓形设计的主要目的是减少轮轨磨耗和降低轮轨接触应力。(2)建立了基于车辆-轨道动力学模型和层次分析法相结合的多目标优化模型。模型中以改进的NURBS曲线实现非对称钢轨廓形的参数化描述,以动力学性能评定规范作为约束条件,利用遗传算法获得全局最优的非对称钢轨廓形。(3)应用重载曲线钢轨廓形设计方法分别以最小化轮轨磨耗为目标、最小化接触应力为目标、同时最小化轮轨磨耗和接触应力为目标进行钢轨廓形优化设计。结果表明,单目标优化策略会导致其他指标性能变差,采用多目标优化策略效果最好。例如,多目标优化后的轮轨磨耗和轮轨接触应力分别降低了12%和22%,效果显著。(4)就所优化的钢轨廓形,对运行速度、轨道参数和车辆参数进行了适应性分析。结果表明,优化设计廓形在大多数情况下与实测廓形和标准廓形相比,其动态特性和轮轨接触几何关系都得到了有效改善。