伴随着铁路的客运高速化、货运重载化的飞速发展,轮轨接触相关问题直接关系到铁路运输的效率与安全。近年来,轮轨擦伤、剥离、掉块等一系列问题在铁路现场普遍发生,如何解决这些问题成为许多专家学者长期研究的重点,也是难点。轮轨接触关系问题的研究对铁路运输的安全运营、以及降低运用成本等具有非常重要的意义。本文首先叙述了铁路的发展背景以及现状,然后对轮轨接触相关问题的研究现状进行了归纳、总结,并以此为基础说明了轮轨接触问题的研究价值;其次,介绍了轮轨滚动接触理论和有限元法及相关理论,为对轮轨接触问题的深入分析打下了夯实的基础;再次,调研了铁路现场的车轮损伤及维修情况,对数据进行梳理,为进行有限元分析做准备;最后,应用有限元方法建立存在不同缺陷、损伤的三维轮轨接触有限元模型,然后进行计算,分析了不同尺寸、深度的内部裂纹以及内部含不同尺寸、种类杂质周边的应力分布情况,并研究了已经存在踏面剥离的车轮与钢轨接触情况下的应力分布问题。计算分析结果表明:内部已经存在裂纹的车轮在与钢轨的接触过程中,裂纹几何尺寸、角度以及距踏面的距离都对裂纹尖端产生的应力集中有一定的影响,且当裂纹在接触斑正上方时,随着裂纹长度、深度、角度的加大、距踏面距离的减小,裂纹尖端的应力值越大,应力集中越严重;若车轮材质中存在诸如A12O3等杂质,则当杂质处于接触斑正上方时,距离踏面越近、体积越大、杂质的弹性模量数值越高,杂质周边的应力值就越大,越容易发生变形或脱落;当内部裂纹尖端或杂质周边应力过大、或其他原因造成裂纹扩展至踏面表面,导致踏面表面形成剥离、掉块时,此时剥离损伤区域作为接触区与钢轨接触,应力集中区域表现为剥离损伤圆周附近,且当踏面剥离损伤面积越小、深度越大,剥离损伤周边应力越大,分析发现剥离损伤深度较面积对应力增大作用更为明显。根据本文的研究结果,对车轮的检修、更换等具有一定的指导意义。当采取探伤技术发现车轮内部裂纹或杂质发展到一定程度,或车轮表面的剥离掉块达接近踏面预警时就进行镟修或更换处理,使得裂纹在继续扩展之前就完全消除掉,保障了铁路的运行安全。