机械工程学报

作者：胡彬, 赵鑫, 张昕, 罗易飞, 鲁连涛, 温泽峰

单位：西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室 成都 610031

关键词：滚动接触疲劳,损伤函数,轮轨瞬态滚动接触,损伤分布,重载钢轨,显式有限元法；

基金：国家自然科学基金(52375130),四川省国际科技创新合作(2021YFH0006),牵引动力国家重点实验室自主课题(2022TPL-T06)资助项目。

小半径曲线钢轨易发生严重滚动接触疲劳，其萌生机理和疲劳寿命与轮轨接触斑内蠕滑行为直接相关。参照广泛应用的轮轨滚动接触疲劳传统损伤函数模型，以基于显式有限元法的三维轮轨瞬态滚动接触模型为核心分析手段，考虑自旋蠕滑影响，模拟得到随时变化的宏观、斑内细观轮轨滚动接触解，进而提出一种以斑内瞬态局部磨耗数τγL为自变量的新损伤函数模型，实现斑内滚动接触疲劳损伤分布的精确预测。以某重载铁路C80货车导向轮对在800 m半径曲线的瞬态通过为例，首先分析宏观与斑内微观蠕滑解的强相关性，确定新损伤函数模型的可行性；其次，基于传统损伤函数，提出一种τγL和局部损伤值dL间关系的确定方法；最后，开展参数变化分析，涵盖可导致滚动接触疲劳的轮轨接触载荷范围，建立重载用U75V淬火轨的新损伤函数模型，0.69 MPa<τγL<3.04 MPa时钢轨会发生滚动接触疲劳损伤且τγL=2.21 MPa时最严重。传统损伤函数预测接触应力很低的接触斑边缘部分也存在损伤，新损伤函数模型中修正了此不合理现象。应用于重载钢轨滚动接触疲劳预测，发现预测的疲劳区与现场观测结果相符，斑内损伤分布能解释现场裂纹扩展方向在一定范围内波动的事实。如何更精确确定新损伤函数关键参数和“磨耗折减量”，尚待更深入研究。

来源：2026年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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