王軍平 ，周 宇 ，沈 鋼

（1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院，上海 201804；2.中鐵物總運(yùn)維科技有限公司，北京 100036；3.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；4.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201804）

目前，高硬度鋼軌已經(jīng)成為鐵路和城市軌道交通的主要應(yīng)用趨勢[1-5]，提高硬度也是降低鋼軌核傷和磨耗速率的重要手段之一.從現(xiàn)場使用來看，鋼軌硬度對其表面滾動接觸疲勞裂紋和磨耗的發(fā)生發(fā)展起到關(guān)鍵作用[6].大部分文獻(xiàn)主要通過計算機(jī)模擬、實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)分析和線路試驗(yàn)等方法對鋼軌硬度與磨耗[7-8]、鋼軌硬度與滾動接觸疲勞裂紋[9-10]的關(guān)系進(jìn)行研究，尚缺少將鋼軌疲勞裂紋和磨耗的共同發(fā)展聯(lián)合起來，同時分析鋼軌硬度對疲勞裂紋和磨耗的影響.

本文將基于Archard磨耗理論的鋼軌磨耗模型和基于臨界平面法的鋼軌疲勞裂紋萌生預(yù)測模型相結(jié)合，提出鋼軌疲勞裂紋萌生和磨耗共存發(fā)展預(yù)測方法，分析重載鐵路小半徑曲線上股（外股）鋼軌采用不同材質(zhì)（硬度）時鋼軌磨耗及其引起的型面變化以及鋼軌疲勞裂紋萌生特征，研究鋼軌硬度對其滾動接觸疲勞裂紋萌生和磨耗的影響，為以減緩這兩種傷損為目的的鋼軌選型提供參考.

1 疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測方法

1.1 鋼軌磨耗模型

采用Archard模型預(yù)測鋼軌橫斷面各點(diǎn)磨耗，如式（1）所示.

式中：Vm為磨耗體積；D為滑動距離；T為輪軌法向力；H為材料的硬度；K為磨耗系數(shù)，本文的K取文獻(xiàn)[11-12]中磨耗系數(shù)的平均值.

首先，假設(shè)每個車輪與鋼軌接觸時不同時刻的輪軌接觸斑為穩(wěn)態(tài)形式，即其輪軌法向壓力、蠕滑率、蠕滑力、接觸面積、黏著-滑動區(qū)分布、接觸斑在鋼軌上的位置等參數(shù)在車輪運(yùn)動時不變.當(dāng)考慮鋼軌橫斷面垂直磨耗以及接觸斑黏著-滑動特性時，式（1）的T用接觸應(yīng)力替換，其值采用輪軌蠕滑計算[13]得到.

在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，當(dāng)車輪通過鋼軌橫斷面上的某位置（點(diǎn)）時，該點(diǎn)逐漸從接觸斑的前端向后沿縱向直線方向移動至后端，當(dāng)對應(yīng)點(diǎn)位于滑動區(qū)時出現(xiàn)磨耗，即只有接觸斑滑動區(qū)會對鋼軌磨耗產(chǎn)生影響.這時鋼軌橫斷面上此點(diǎn)的磨耗量等于一個車輪接觸斑滑動區(qū)在通過該點(diǎn)時的縱向（車輪滾動前進(jìn)方向）產(chǎn)生的磨耗量的疊加，由此便可計算得到一個車輪通過該點(diǎn)時的磨耗深度[14].同理，當(dāng)一節(jié)車輛或多列車通過時，該點(diǎn)的磨耗深度為通過的所有車輪在該點(diǎn)引起的磨耗量之和.

在真實(shí)條件下，車輪通過產(chǎn)生輪軌接觸應(yīng)力引起接觸斑內(nèi)滑動區(qū)影響范圍內(nèi)的鋼軌材料磨耗并進(jìn)一步導(dǎo)致鋼軌型面改變，這又引起輪軌接觸點(diǎn)位置和應(yīng)力的變化，引發(fā)新一輪的磨耗和型面變化，整個磨耗和型面變化是一個隨車輪通過累積而連續(xù)變化的過程.為了提高仿真時的計算效率，本文采用磨耗和型面變化分段迭代的方法，將連續(xù)的磨耗過程離散化，即將一列車運(yùn)行通過時的磨耗量簡化為單節(jié)車通過時引起的磨耗量與通過次數(shù)（列車編組數(shù)）的乘積.當(dāng)鋼軌橫斷面上任意點(diǎn)的磨耗量（垂直磨耗深度）≥ 0.04 mm時，認(rèn)為該點(diǎn)處鋼軌型面因磨耗而發(fā)生了改變.此時，將輪軌接觸范圍內(nèi)鋼軌型面用磨耗后的型面進(jìn)行替換，替換邊緣與兩側(cè)未替換部分鋼軌型面采用三次樣條曲線進(jìn)行平滑處理[15]，便可得到磨耗后的新鋼軌型面.將該磨耗后的型面替換掉原來的型面從而完成一次型面迭代，之后再進(jìn)行磨耗量計算和車輪通過次數(shù)累積，直至該磨耗型面上任意點(diǎn)的磨耗量達(dá)到上述設(shè)置的最大磨耗量，這時該磨耗型面再被下一個磨耗型面替換.

1.2 鋼軌疲勞裂紋萌生預(yù)測模型

采用基于臨界平面法理論[16-17]得到鋼軌疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測模型，該理論認(rèn)為，通過材料內(nèi)部任意點(diǎn)的平面所對應(yīng)的疲勞破壞參量為最大時，在該點(diǎn)萌生疲勞裂紋，由此定義疲勞破壞參量為

由式（2）可得疲勞破壞參量最大值FPmax，再結(jié)合 M anson-Coffin 公式[18]便可得到裂紋萌生壽命（通過的車輪對數(shù)）Nf與FPmax關(guān)系，如式（3）.

1.3 材料疲勞破壞累積方法

在磨耗并導(dǎo)致型面變化時，每一個磨耗型面與車輪接觸時均引起鋼軌材料的疲勞損傷.假設(shè)在第i+1個型面替代第i個型面前，車輪通過累積次數(shù)為ni，則在第i個型面鋼軌中任意第j點(diǎn)的疲勞損傷（無量綱）為

式中：Nfij為假如鋼軌上第i個型面不發(fā)生磨耗時，第j點(diǎn)的裂紋萌生壽命，由式（2）～（3）得到.

假如在磨耗過程中型面上的第j點(diǎn)沒有被磨耗，根據(jù)Miner疲勞法則，當(dāng)疲勞累積損傷D1j+D2j+D3j+···+Dmj=DCR=1時，則認(rèn)為j點(diǎn)處有裂紋萌生，裂紋萌生壽命為

1.4 裂紋萌生和磨耗共存預(yù)測方法

在輪軌滾動接觸作用下，鋼軌表面和亞表面材料受法向和切向應(yīng)力影響發(fā)生微觀層面的分子間晶格偏移，繼而形成細(xì)觀和宏觀層面的塑性變形和疲勞損傷.當(dāng)鋼軌某點(diǎn)的疲勞損傷超過限值（如疲勞極限）時，被認(rèn)為該點(diǎn)萌生裂紋.同時，當(dāng)某點(diǎn)與母材之間的聯(lián)系均超過限值（如屈服強(qiáng)度、韌性強(qiáng)度等）而失效，就形成磨耗（僅考慮疲勞磨耗）.可見，疲勞損傷、裂紋萌生、磨耗和型面變化在輪軌接觸影響下是同時存在、共同發(fā)展的連續(xù)過程[6].為了將這一連續(xù)過程用數(shù)學(xué)方法描述和建模，首先假設(shè)每一個車輪作用在一段鋼軌上都會引起該段鋼軌材料的疲勞損傷、磨耗并引起鋼軌型面的變化.那么疲勞裂紋萌生和磨耗的連續(xù)發(fā)展過程就可以離散成有限個車輪作用在鋼軌上引起輪軌接觸、疲勞損傷和累積、磨耗和鋼軌型面變化、直至疲勞到限、裂紋萌生的過程[16-17].

真實(shí)情況下，每個車輪作用在鋼軌上，均會引起一定程度的疲勞和磨耗，會帶來相當(dāng)長的仿真時間，為此，結(jié)合1.1節(jié)的磨耗和型面變化分段迭代的思路，將磨耗引起鋼軌型面的變化以一個閾值來控制（即1.1節(jié)提到的鋼軌橫斷面任意點(diǎn)垂直磨耗量0.04 mm）.當(dāng)鋼軌任意點(diǎn)的垂直磨耗量小于0.04 mm時，型面不變，由此計算輪軌接觸、單個車輪的疲勞損傷和磨耗量；當(dāng)垂直磨耗量達(dá)到0.04 mm時，認(rèn)為型面被磨耗，型面上發(fā)生磨耗的位置扣除掉相應(yīng)的磨耗量就形成磨耗型面，在磨耗量范圍內(nèi)的材料，即使是在上一型面上有較大的疲勞損傷，也被去除掉了.之后重新計算輪軌接觸、疲勞損傷和磨耗量，并累加上一型面階段時的疲勞損傷和磨耗量，如此循環(huán)，直至某點(diǎn)的材料疲勞損傷達(dá)到限值，具體流程如圖1.

圖1 疲勞裂紋萌生預(yù)測流程Fig.1 Process of fatigue cracks initiation

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過現(xiàn)場試驗(yàn)來檢驗(yàn)第1節(jié)所提出的鋼軌疲勞裂紋萌生壽命的有效性.試驗(yàn)選擇我國某重載鐵路的典型曲線外軌（75 kg/m、U75V熱處理、軌頭頂面中心線硬度340～400 HBW）.由于裂紋萌生處于微觀級別，對現(xiàn)場鋼軌無法直接測量，只能通過一定通過總重時的取樣、顯微觀測和數(shù)據(jù)反推，取樣的同時還對現(xiàn)場鋼軌取樣位置前后各50 m范圍內(nèi)的鋼軌型面進(jìn)行測量和磨耗量統(tǒng)計.鋼軌上道初期取樣時的通過總重、鋼軌磨耗及裂紋狀態(tài)如表1所示，其中實(shí)際裂紋深度為顯微觀測的殘留裂紋深度與觀測斷面處的垂直磨耗量中位數(shù)之和，裂紋顯微觀測和垂直磨耗測量位置均為軌頭靠近工作邊1/3軌頭寬度的位置.

表1 鋼軌磨耗及裂紋狀態(tài)Tab.1 Rail wear and crack state

2.1 磨耗和型面對比

現(xiàn)場試驗(yàn)中，累積通過總重11.0 MGT時，車輪通過總次數(shù)約4.4 × 104次，插值并平滑處理得到累積通過總重為1.0 MGT（車輪通過次數(shù)約為4.0 × 103次）時的鋼軌磨耗型面，作為實(shí)測型面的參考標(biāo)準(zhǔn).同時，應(yīng)用1.1節(jié)鋼軌磨耗預(yù)測方法預(yù)測車輪通過約4.0 × 103次時的鋼軌型面作為預(yù)測的磨耗型面.兩者對比如圖2所示.

圖2 型面對比及其一階導(dǎo)數(shù)變化趨勢Fig.2 Comparison of the profiles and their first-order derivative

圖2中，兩個型面相同橫坐標(biāo)處的縱坐標(biāo)偏差平均值為0.01 mm，偏差的方差為7.42 × 10?5mm2.兩個型面軌距邊一側(cè)（距離軌頂中心0～30 mm）的型面一階導(dǎo)數(shù)偏差的平均值為0.002 mm，方差為4.44 × 10?6mm2.兩個型面基本接近，本文所提出模型得到的結(jié)果可以與現(xiàn)場觀測結(jié)果進(jìn)行比較.

2.2 裂紋萌生壽命及位置對比

本文方法預(yù)測的鋼軌疲勞裂紋萌生壽命和位置與現(xiàn)場實(shí)測和現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)果的對比如表2所示.其中，預(yù)測時的鋼軌表面摩擦系數(shù)為0.3.現(xiàn)場觀測時外軌在通過總重約3.0～6.5 MGT時大部分區(qū)段萌生裂紋，將其換算成車輪通過數(shù)約為1.63 × 105～3.54 × 105次.

從表2來看，本文提出的鋼軌疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測結(jié)果在現(xiàn)場觀測結(jié)果和其他同類文獻(xiàn)預(yù)測結(jié)果范圍之內(nèi)，模型有效，可以進(jìn)一步分析鋼軌硬度對其裂紋萌生和磨耗發(fā)展的影響.

表2 裂紋萌生預(yù)測結(jié)果對比Tab.2 Comparison of prediction results of crack initiation

3 不同硬度鋼軌的疲勞裂紋萌生和磨耗

3.1 仿真參數(shù)

根據(jù)在重載鐵路上常用的C80車輛與75 kg/m鋼軌建立車輛-軌道動力學(xué)模型，線路為半徑800 m的曲線，車輪型面為LM磨耗型，輪軌摩擦系數(shù)為0.3.仿真中的不同硬度鋼軌如表3所示，仿真中鋼軌軌頭橫斷面的硬度均一.

表3 鋼軌硬度及其抗拉強(qiáng)度Tab.3 Rail hardness and strength

由于曲線外軌受磨耗和疲勞裂紋影響顯著，以下分析均以曲線外軌作為分析對象.

3.2 磨耗發(fā)展情況

根據(jù)1.4節(jié)的方法，在預(yù)測裂紋萌生時，4種硬度的鋼軌分別經(jīng)過了7～8次磨耗和型面迭代.根據(jù)各個磨耗和型面迭代階段的鋼軌橫斷面各點(diǎn)垂直磨耗量之和以及對應(yīng)的車輪通過次數(shù)可以得到鋼軌在各個階段的磨耗發(fā)展率，如圖3所示.4種鋼軌在裂紋萌生時的型面與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌型面的關(guān)系如圖4所示.

圖3 不同鋼軌在不同磨耗和型面迭代階段的磨耗發(fā)展率Fig.3 Wear growth rate of the high rail at different worn profile iteration phase

圖4 不同鋼軌在裂紋萌生時的磨耗型面對比Fig.4 Comparison of the worn rail profiles of the different rails

從圖3可以看出：隨著磨耗和型面變化，4種鋼軌的磨耗發(fā)展率呈降低趨勢，說明在鋼軌上道到疲勞裂紋萌生的過程中，磨耗使得輪軌型面逐漸互相匹配，輪軌關(guān)系趨向于良好狀態(tài)，但磨耗量仍然呈增加趨勢：硬度越高，磨耗發(fā)展率越低，且任意一個磨耗的階段內(nèi)的磨耗速率越慢、車輪通過次數(shù)越多，例如U78CrV熱處理鋼軌與U78CrV/U76CrRE熱軋鋼軌相比，在第2個磨耗階段，前者比后者的車輪累積通過次數(shù)多約16 284次，而到了第4個磨耗階段前者比后者的車輪累積通過次數(shù)多約55 400次；按平均磨耗發(fā)展率相比，U78CrV熱處理鋼軌比U78CrV/U76CrRE熱軋鋼軌平均磨耗發(fā)展率降低了20%，硬度提高了鋼軌的抗磨耗性，延長了鋼軌的磨耗壽命.

從圖4看出：由于4種鋼軌的硬度較接近，所以在裂紋萌生前，磨耗量都較小、型面變化不明顯，將距離軌頂中心15～20 mm位置的型面放大來看，U78CrV/U76CrRE、U71Mn熱處理和U75V熱處理硬度中間值較接近，因此裂紋萌生時的磨耗型面也較接近，U78CrV熱處理鋼軌硬度中間值最高，裂紋萌生時的磨耗型面在最下方，說明磨耗最大.但是從圖3可以發(fā)現(xiàn)：U78CrV熱處理鋼軌在裂紋萌生時已經(jīng)有8次磨耗階段，而U78CrV/U76CrRE和U75V熱處理分別只有7次磨耗階段，U71Mn熱處理雖然有8次磨耗階段，但其磨耗發(fā)展率較大，所以磨耗階段較短（車輪累積通過次數(shù)較少），這樣，也反映出了硬度高的鋼軌，雖然看似在裂紋萌生時磨耗量較其他硬度鋼軌的磨耗量略大，但是這是建立在更多次磨耗階段基礎(chǔ)上的，實(shí)際上反映出硬度高的鋼軌在裂紋萌生時的磨耗壽命較長、相應(yīng)的裂紋萌生壽命也較長.

3.3 鋼軌材料任意點(diǎn)的單點(diǎn)疲勞損傷

通過式（4）得到每個磨耗階段鋼軌材料任意點(diǎn)的疲勞累積損傷，與該階段的車輪通過次數(shù)相除，進(jìn)一步得到每個磨耗階段的單點(diǎn)疲勞損傷.其中，裂紋萌生點(diǎn)的單點(diǎn)疲勞損傷隨車輪累積通過次數(shù)的關(guān)系如圖5所示.

圖5 鋼軌任意點(diǎn)的單點(diǎn)疲勞損傷Fig.5 Fatigue damage at random point in the rail

從圖5可以看出：4種鋼軌在磨耗和型面發(fā)展情況下，其各自裂紋萌生點(diǎn)的單點(diǎn)疲勞損傷呈非線性增長；前4～6個磨耗階段，各自的單點(diǎn)疲勞損傷增加較緩，后2～3個磨耗階段，各自的單點(diǎn)疲勞損傷增加較快.

硬度較小的U78CrV/U76CrRE鋼軌在車輪通過次數(shù)小于約1.1 × 105次時（第4個磨耗階段、對應(yīng)通過總重約2.0 MGT之前），單點(diǎn)疲勞損傷較小，呈近似線性增長，超過該車輪通過次數(shù)后，單點(diǎn)疲勞損傷急劇增大；硬度居中的U71Mn熱處理鋼軌和U75V熱處理鋼軌單點(diǎn)疲勞損傷的這種突變點(diǎn)所對應(yīng)的車輪通過次數(shù)約1.5 × 105次時（通過總重約2.8 MGT）；硬度最大的U78CrV熱處理鋼軌的單點(diǎn)疲勞損傷的突變點(diǎn)對應(yīng)的車輪累積通過次數(shù)是約2.0 × 105次（通過總重約3.8 MGT）.由此可以看出，隨著硬度的提高，鋼軌單點(diǎn)疲勞損傷相對較小，其緩慢增加的階段較長，所以疲勞裂紋萌生壽命較長.

從1.4節(jié)預(yù)測方法以及仿真過程發(fā)現(xiàn)，上述特征形成的原因是：硬度較小的鋼軌磨耗和型面變化較快，導(dǎo)致輪軌接觸應(yīng)力變化也快，使得鋼軌軌頭受接觸斑影響的應(yīng)力應(yīng)變增加明顯，因而導(dǎo)致式（2）～式（3）中的疲勞破壞參量增加較快、單點(diǎn)疲勞損傷較大，因而每個磨耗型面階段的裂紋萌生壽命較短.對于硬度較大的鋼軌而言，因?yàn)槠淠ズ暮托兔孀兓?，使得輪軌接觸應(yīng)力、軌頭內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變及其引起的疲勞破壞參量都較小，因此能在裂紋萌生前承受更多的車輪荷載作用，即裂紋萌生壽命較長.

3.4 裂紋萌生預(yù)測

3.4.1 裂紋萌生位置

根據(jù)1.4節(jié)的方法，預(yù)測得到4種鋼軌的疲勞裂紋萌生位置，如圖6所示.

圖6 不同硬度鋼軌的疲勞裂紋萌生位置Fig.6 Fatigue cracks initiation position in railhead of the different kinds of rails

從圖6可以看出：4種鋼軌均在表面垂直向下1.0～2.5 mm處出現(xiàn)疲勞裂紋萌生，分別為2.34、1.43、2.42、1.90 mm，這與仿真中假設(shè)輪軌界面摩擦系數(shù)為0.3有關(guān)；4種鋼軌疲勞裂紋萌生位置在鋼軌橫向截面上分別距離軌頂中心17.07、15.99、16.87、15.57 mm，這主要是由于軌距角的鋼軌磨耗導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)會略向軌頂中心移動，同時，接觸斑變得略有狹長也會引起接觸應(yīng)力的增加，鋼軌軌頭內(nèi)部靠近軌頂中心區(qū)域的材料應(yīng)力應(yīng)變幅值增加.

3.4.2 裂紋萌生壽命

根據(jù)1.3節(jié)，得到4種不同硬度鋼軌的裂紋萌生壽命，如表4所示.

從表4可知：在相同車輛和軌道參數(shù)情況下，隨著鋼軌硬度的提高，裂紋萌生壽命逐漸增加.

表4 不同鋼軌的疲勞裂紋萌生壽命Tab.4 Fatigue cracks initiation life of the different kinds of rails

4 鋼軌硬度對磨耗與裂紋萌生壽命的影響

通過上述仿真分析可知，在相同工況下，鋼軌磨耗速率隨著硬度的增加而逐漸減小，疲勞裂紋萌生壽命逐漸延長.硬度與萌生壽命和磨耗發(fā)展率之間的關(guān)系如表5所示.

表5 鋼軌硬度、磨耗和疲勞裂紋萌生壽命的關(guān)系Tab.5 Relationship between rail hardness,wear growth and head check initiation life

從表5可以看出：

1）高硬度鋼軌有助于磨耗的降低.對于設(shè)定線路工況（800 m半徑曲線）來說，外軌平均硬度從335 HBW分別增大到350、370、395 HBW，硬度分別增加4.5%、10.4%和17.9%，平均磨耗率相應(yīng)地從4.763 μm/萬次分別降低到 4.349、4.265、3.818 μm/萬次，分別減小了8.7%、10.5%和19.8%.4種鋼軌硬度情況下，鋼軌硬度每提高10 HBW，平均磨耗發(fā)展率將降低約0.192 μm/萬次，降低百分比約3%～6%.

2）高硬度鋼軌有助于裂紋萌生壽命的延長.外軌從U78CrV/U76CrRE熱軋鋼軌到U71Mn、U75V、U78CrV熱處理鋼軌，單次車輪循環(huán)造成的平均疲勞損傷量分別減少了約26.2%、38.4%和39.1%，因此疲勞裂紋萌生壽命分別延長了約23.9%、33.1%、57.7%.4種鋼軌硬度情況下，鋼軌硬度每提高10 HBW，疲勞裂紋萌生壽命延長約9%～12%.其中U78CrV熱處理的抗疲勞裂紋萌生性能最好.

本文僅考慮了鋼軌硬度對裂紋萌生和磨耗的影響，實(shí)際上，鋼軌初始型面以及輪軌幾何關(guān)系、輪軌摩擦系數(shù)、軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)如曲線半徑、軌底坡[21]、超高等均會影響鋼軌疲勞裂紋的萌生和磨耗發(fā)展.這些條件在本文的裂紋萌生壽命預(yù)測方法中是保持不變的.此外，鋼軌的養(yǎng)護(hù)維修方法，例如軌頂摩擦調(diào)節(jié)、鋼軌打磨的影響也沒有考慮.這樣，在其他因素保持不變或沒有影響的情況下，上述仿真結(jié)果表明鋼軌硬度的提高，可以減少磨耗，同時也可以延長裂紋萌生壽命.但是，并不能說明高硬度鋼軌可以防止裂紋的萌生以及后續(xù)的擴(kuò)展，裂紋萌生仍然不可避免，要延長萌生壽命應(yīng)進(jìn)一步考慮上述其他因素的共同作用；如果裂紋已經(jīng)進(jìn)入擴(kuò)展階段，由于高硬度鋼軌不容易磨耗，裂紋也不容易通過自身磨耗消除掉，會逐漸引起剝離掉塊和核傷，此時需要通過鋼軌打磨等鋼軌維修方法來控制裂紋的發(fā)展.

5 結(jié) 論

1）采用Archard磨耗模型預(yù)測磨耗以及由此引起的型面變化，采用臨界平面法預(yù)測疲勞裂紋萌生，采用型面分段迭代和疲勞損傷累加的方法來實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋萌生和磨耗發(fā)展共存預(yù)測，預(yù)測得到的裂紋萌生壽命與現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果較為吻合.

2）鋼軌硬度的提高可以降低鋼軌磨耗速率、延長裂紋萌生壽命，適合在小半徑曲線上應(yīng)用.仿真發(fā)現(xiàn)，4種鋼軌硬度情況下，鋼軌硬度每提高10 HBW，平均磨耗發(fā)展率將降低約0.192 μm/萬次，降低百分比約3%～6%，疲勞裂紋萌生壽命延長約9%～12%.

3）在4種不同硬度的常用鋼軌中，從U78CrV/U76CrRE熱軋鋼軌到U78CrV熱處理鋼軌，平均硬度增加了17.9%，磨耗發(fā)展率降低了約19.8%，疲勞裂紋萌生壽命延長了約57.7%.

4）輪軌摩擦系數(shù)為0.3時，4種不同硬度鋼軌的疲勞裂紋萌生位置較為接近，均位于橫向距離軌頂中心15～18 mm，垂向亞表面1.0～2.5 mm范圍內(nèi).

本文采用鋼軌疲勞裂紋萌生和磨耗共存預(yù)測方法分析了不同硬度鋼軌的裂紋萌生和磨耗情況，下一步工作將對不同鋼軌硬度對兩種傷損的影響開展實(shí)驗(yàn)室小比例輪輪實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場跟蹤觀測實(shí)驗(yàn)，以期校驗(yàn)和修正本方法的預(yù)測結(jié)果.