随着铁路覆盖域的扩大,轨道的研究和探索提出了更深层次的挑战。它的研究是许多学科的交叉,如材料科学基础和几何的交叉来研究轨道或车轮的几何选型;轮轨设计、传热学和力学的交叉来确定列车和轮轨的材质等。钢轨加工过程中的不可避免的缺陷,如空洞、残余应力、夹杂物、裂纹等,都会对轮轨产生不可逆的损伤,随着列车的高速运行和负荷加重,摩擦作用更加明显,动力特征也愈加明显,这些使得轮轨接触问题处理起来更加棘手。本文基于Ghosh提出的Voronoi有限元法,通过考虑含夹杂和基体和界面脱层的影响,推导出一种可以反映微观结构对宏观性能影响的余能泛函,分析了PRMMCs中夹杂的相关因素以及接触荷载的一些因素对夹杂处起裂的影响。论文的主要工作:1建立模型所需要的输入文本,使得计算规模变大,实现跨尺度研究;修改绘图部分程序,以便获取正好的绘图结果。2对于原有程序,修改了荷载施加方式,使得荷载为非线性的Hertz接触荷载;修改裂纹开裂准则,使得裂纹开裂更符合实际,所获取的计算结果良好。3分析了钢轨在Hertz接触荷载移动过程中,夹杂均匀分布时,其纵横比、角度、开裂的临界应力、摩擦系数、接触半带宽等因素对界面处的裂纹开裂的影响;夹杂随机分布时,摩擦系数、接触半带宽、开裂的临界应力、体积比等对裂纹的影响本文采用VCFEM分析了在Hertz接触荷载移动过程中各种相关因素对裂纹起裂的影响。本研究充分考虑了微观夹杂对材料宏观力学性能的影响,显示出了试验研究所不能取代的优势。相关结论使得人们对夹杂的相关因素对裂纹起裂的影响有了更深层次的理解,也体现了 VCFEM的优越性。