随着铁路运输的高速化和重载化,钢轨服役的环境越来越恶劣,尤其在曲线段钢轨上,列车的横向冲击力较大,导致钢轨侧磨严重。现场通过涂抹润滑剂来降低摩擦系数,以减少轮轨间的磨损,但润滑剂的不合理使用会加速钢轨疲劳裂纹的扩展。钢轨疲劳裂纹不仅增加了铁路运营成本,而且严重影响着铁路运行安全。因此,开展润滑条件下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生与扩展机理研究,对我国铁路的运营及日常维修养护具有重要的理论意义和经济价值。通过一种流固耦合的方法研究了轮轨滚动接触条件下钢轨表面裂纹内渗入的液体对裂纹扩展的影响。首先在润滑区域将雷诺方程进行有限元离散,引入流固耦合的边界条件,得到了计算模型的理论方程;然后,基于二维单边裂纹矩形板建立了液体受外载作用渗入裂纹过程的分析模型,计算分析了不同时刻裂纹内液体压力分布和裂纹面张开位移,确定了分析液体进入裂纹过程的合适方法;然后,通过建立轮轨滚动接触二维模型,计算了液体受到挤压渗入钢轨表面裂纹后的压力分布,对裂纹尖端的应力强度因子进行分析,研究了不同参数条件下粘度对钢轨滚动接触疲劳裂纹扩展的影响;最后,建立了液体渗入钢轨表面裂纹的三维模型,进一步分析了粘度对液体渗入钢轨裂纹的影响。论文研究得到以下结论:(1)液体在渗入裂纹过程中,粘度越大,液体到达裂尖所需时间越长。当粘度β＞100时,车轮在液体还没有完全进入裂纹前就已经通过裂纹区域,因此对钢轨表面裂纹扩展影响较小。(2)当钢轨表面液体粘度一定时,随着轮轨接触面摩擦系数和裂纹长度的增加及裂纹角度的减小,液体越容易渗入裂纹,裂纹扩展的可能性愈大。(3)在低粘度区(β＜1),钢轨裂纹主要以张开型裂纹扩展为主,并伴随有滑开型裂纹;在中等粘度区(1＜β＜100),张开型和滑开型共同促使裂纹扩展;在高粘度区(β＞100),虽然液体很难进入裂纹,但渗入裂纹的少量液体会在裂尖堆积促使钢轨表面裂纹主要以张开型裂纹扩展。(4)液体的粘度越小,钢轨表面裂纹的扩展速率越快,且形成的剥落坑越大。因此在钢轨养护时,应优先使用高粘度的润滑油或者固体润滑剂。