铁路是国民经济大动脉、重大民生工程和关键基础设施,是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式,在我国经济社会发展中有着举足轻重的地位。钢轨服役过程中,由循环滚动载荷诱发的棘轮效应是其疲劳失效的主要原因之一。随着我国铁路钢轨使用年限的延长,其伤损问题也日益突出,给行车的安全、平稳性和舒适性带来显著影响。热轧和热处理U75V钢广泛应用于高速铁路的直线和曲线段,列车通过的曲线路段是线路上的薄弱环节,高速列车曲线通过时轮轨力显著增加,轨头表面细裂纹、剥离、核伤、蜂窝状裂纹等伤损形式在曲线上出现更频繁,分析钢轨在曲线段的疲劳伤损规律对提高列车行驶平稳性,避免由疲劳引起的行车事故具有重要意义。因此,本文结合热轧和热处理U75V钢棘轮-疲劳交互作用实验结果,选择循环塑性本构模型并建立疲劳失效模型,进而通过多体动力学仿真获取轮轨间的作用力,最后基于三维轮轨滚动接触有限元分析揭示高速列车曲线通过钢轨时的疲劳损伤机理。本文的主要工作总结如下:（1）对热轧和热处理U75V钢轨材料开展了单轴拉伸、应变控制的疲劳和应力控制的棘轮-疲劳交互作用实验研究,发现两种U75V钢轨材料均表现出良好的强度和延性;在应变控制循环载荷下表现出循环软化特征,非对称应力控制循环载荷下则表现出明显的棘轮行为;两种热处理U75V钢轨材料的疲劳寿命均随着应力幅的增加而增加,随着平均应力的增加先增加后降低;通过对比U75V钢轨材料的实验结果发现,热处理U75V钢轨材料具有更高的强度、抗棘轮变形和耐疲劳性能。（2）采用改进的Abdel-Karim-Ohno模型,合理模拟了两种热处理工艺U75V钢的单轴拉伸曲线、循环应力-应变曲线、循环软化特征和棘轮应变演化规律。考虑应力幅和平均应力对疲劳寿命的影响规律,在已有等效应力的基础上,定义修正的等效应力,建立了准确预测热轧和热处理U75V钢轨材料疲劳寿命的失效寿命预测模型。（3）参考现行高速铁路设计规范使用SIMPACK建立了CRH380B动车-曲线轨刚柔耦合动力学模型,分析了高速列车曲线通过时设计超高、圆曲线半径和缓和曲线长度对轮轨作用关系的影响规律。研究发现轮轨垂向力随着过/欠超高的增加而增加,固定超高下在应设超高两侧随着圆曲线半径的增加或减小而增加,随着缓和曲线长度的增加而降低;最大轮轨横向力随着超高的减小而减小并在设计超高较小时反向,固定超高下随着圆曲线半径的减小而减小并在小圆曲线半径时反向增加,缓和曲线长基本不影响轮轨横向力;轮对横移随着超高的增加而降低,固定超高下轮对横移与圆曲线半径和缓和曲线长度变化基本没有相关性。（4）结合热轧和热处理U75V钢本构模拟和多体动力学仿真结果,建立了轮轨滚动接触有限元模型,分析了车轮在钢轨上循环滚动过程中钢轨目标截面应力、应变分布及其演化规律,发现经过25个循环周次应力、应变均达到了准安定状态;揭示了设计超高、圆曲线半径和缓和曲线长度对目标截面应力分布和裂纹萌生寿命的影响规律,发现欠/过超高较大时裂纹萌生寿命较低,在应设超高两侧随着圆曲线半径的增加或减小裂纹萌生寿命降低;随着缓和曲线长度的增加,裂纹萌生寿命先增加而后趋于平缓,缓和曲线长度对裂纹萌生寿命的影响依赖于超高设计;对热轧和热处理两种热处理工艺的U75V钢轨曲线服役时的性能进行了比较,发现热轧钢轨的残余应力和累积塑性应变更大,而热处理钢轨的峰值应力和裂纹萌生寿命更高。