我国地域广阔气候条件复杂,长期受到大风天气的影响,因此动车组在运行过程中就不可避免的会受到横风的干扰,我国沿海的台风天气和西北的大风天气都对动车组的运行安全性提出了更高的要求。目前,我国“一带一路”战略正在加紧实施,西北的兰新线是我们西出国门连接欧亚的咽喉要道,同时兰新线要穿越我国著名的“百里风区”,因此尽早研究横风作用下动车组运动机理就显得越来越重要。本文结合高速动车组大风试验和运行过程中出现的安全性问题,围绕机理分析和仿真计算,研究了不同横风作用下动车组头车运动姿态和安全性指标的变化规律。详细的研究内容如下：(1)建立了动车组头车精确的非线性动力学模型,考虑了非线性轮轨接触关系、非线性蠕滑力、悬挂参数和结构参数的非线性特性。建立了定常风模型、瞬态中国帽风模型、非定常随机风模型和基于实测气压值的实测阵风风载模型,采用静力平衡原理将风力和风扭矩加载到动力学仿真模型的车体上。(2)在兰新线开展大风试验,实际测得车辆运行过程中的轮轨力,并在特殊风载荷下测得头车迎风侧车轮脱轨系数超标这一现象,针对这一特殊现象开展机理分析。从纵向蠕滑力产生摇头力矩的角度分析了轮对的迎风摇头运动现象；针对所测脱轨系数在风作用下的变化情况分为四个阶段,分析了对应的横向蠕滑力、轮对重力在横向的分量和横向风突变等情况共同作用下轮对的运动姿态变化情况,分析出迎风侧脱轨系数超标的原因；推导了准静态作用下轮对运动简化方程,仿真了分别单独作用横风力和力矩情况下轮对的相对运动趋势,验证了简化轮对方程的运动规律。(3)对施加定常风载模型、帽子风模型、随机风模型和实测风载模型下的车辆动力学模型进行仿真,研究了不同风载荷加载京津轨道谱、武广轨道谱和不加载轨道谱时候的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、轮轨横向力和倾覆系数。通过实测风载仿真出试验所测得的现象,研究了不加载轨道谱时不同风载下车体、构架和轮对相对运动姿态,详细分析了实测风载下轮对运动过程,验证了机理分析的内容。(4)在实测风载下研究车辆悬挂参数对脱轨系数等安全性指标的灵敏度问题,变化了车速和风速,研究了车速和风速对脱轨系数的影响。