随着铁路运输行业向高速化和重载化发展,轮轨系统面临的问题也日渐突出。钢轨磨耗问题不仅造成车辆维护成本的增加,而且还会恶化轮轨接触的几何匹配关系、影响轮轨间接触力及动力学特性等,更重要的是对行车安全会造成巨大威胁,严重时甚至造成列车脱轨等。所以钢轨的磨耗是一个不可忽视的重要问题,对其开展相关的研究工作具有重要的工程背景和社会意义。本文围绕钢轨磨耗问题主要进行了以下工作:(1)建立轮轨接触三维有限元模型,对三维模型进行了Hertz验证分析。求得低速运行状态及不同轮重工况下的轮轨接触载荷,对钢轨的剪切塑性行为进行了初步计算分析。将三维轮轨接触问题简化为二维问题,简化得到二维情况下的轮轨荷载,最后将求得的二维轮轨载荷通过参数化加载实现对钢轨滚动加载。(2)引入Lemaitre-Chaboche本构模型对钢轨的剪切塑性行为进行了计算与分析,结果发现:对于不同工况下的轮轨载荷,钢轨表面都会发生明显的塑性变形;加载过程中,钢轨从表面开始,沿深度方向会形成明显的剪切塑性应变层;在加载初期,钢轨表面的剪切塑性应变累积速率比较快;随着加载的进行,钢轨的剪切塑性应变累积速率逐渐趋向于一个稳定的值_cv,并沿着这一速率继续累积。(3)高速情况下钢轨磨耗预测结果与实测结果基本接近,低速的磨耗结果与高速结果相比较小。不同轮重载荷作用下,运行1×10~5 km时,轮重10 t和15 t钢轨预测磨耗深度分别比轮重12.5 t的实测磨耗深度大0.5 mm、2.5 mm;运行2.5×10~5 km时,轮重10 t的钢轨预测磨耗深度比轮重12.5 t的实测磨耗深度小0.2 mm,轮重15 t载荷钢轨预测磨耗深度比轮重12.5 t的实测磨耗深度大5 mm;轮重为5 t时钢轨磨耗预测深度比实测12.5 t、预测轮重10 t、预测轮重15 t的结果要小很多;预测结果显示,轮重越重,磨耗量越大。