随着铁路高速化、重载化的发展,滚动接触引起的疲劳损伤已成为影响铁路运行安全的关键问题。因此,研究轮轨滚动接触疲劳损伤问题,提出相应的预防控制措施具有重要的工程应用价值。本文基于一种新颖的近场动力学(Peridynamics,PD)非局部理论,建立了轮轨滚动接触离散模型,研究了滚动接触过程中轮轨裂纹的扩展情况。首先,通过LAMMPS软件建立了近场动力学模型,分析了滚动过程中应力分布的变化;然后,在不考虑裂纹面接触情况下,计算了预制表面裂纹在整个动态过程中的形态变化,预测了下一步扩展裂纹尖端的状态,得到了瞬态下裂纹尖端的张开位移(Crack-Tip Open Displacement,CTOD)与滑开位移(Crack-Tip Slip Displacement,CTSD);进一步研究了不同初始裂纹角度、长度、载荷、运行速度、滑差率等因素对裂纹瞬态扩展行为的影响;最后,在考虑裂纹面接触的情况下模拟了裂纹扩展行为,通过施加移动赫兹载荷得到了裂纹扩展路径,比较了不同因素对裂纹扩展路径的影响。论文研究得出的主要结论如下:(1)在接触斑两侧边缘位置接触应力最大,接触斑两侧形成的最大应力值不同,与运行方向相同的一侧应力值较大;对于竖直裂纹,在整个裂纹中靠近尖端的1/4附近产生了严重的挤压作用,该位置是一个应力集中点;整个滚动接触过程中,竖直裂纹经历了两次“张开—闭合”过程。(2)表面裂纹扩展模式主要受裂纹本身形貌的影响;随裂纹角度增大,扩展模式由张开型主导变为滑开型主导,45~o裂纹最容易往材料深层扩展;裂纹长度增加也会增加裂纹滑开扩展的主导作用,且长裂纹更容易往材料深层扩展;载荷增加会明显加剧裂纹扩展;速度小于100m/s时,CTSD随速度增加而减小,大于100m/s后又会增大;列车往复运行会加剧裂纹的扩展,且使小角度裂纹更易转向表面形成材料剥离,平行裂纹会对原裂纹尖端位移产生抑制作用。次表层裂纹两端扩展行为不同,一端往表面扩展,另一端往深层扩展。(3)裂纹扩展路径受多种因素的影响;表面裂纹中,小角度裂纹转向表面,而较大的初始角度裂纹继续向钢轨内部扩展;长度为1.5mm、3mm裂纹扩展的结果非常相似,即初始裂纹长度对实际裂纹路径影响较小;表面摩擦系数较低(μ=0.1)时,裂纹更早地转向表面。对于次表层裂纹,在滚动方向一侧向材料内部扩展,另一侧向表面扩展。车轮次表层水平裂纹在滚动方向一侧更容易发生裂纹扩展,钢轨次表层水平裂纹在与滚动方向相反的一侧更容易发生扩展,浅层裂纹比深层裂纹更容易发生扩展。