近年来,我国高速列车事业快速发展,为人们的日常出行提供了极大的便利。然而随着高铁运营里程的不断增加以及运行速度的不断提升,其运输安全成为了关键问题。列车运行安全与车轴性能必不可分,虽然车轴是基于材料的耐久极限的无限寿命设计,但并不能保证车轴结构在整个使用寿命期的安全,对车轴钢材料的疲劳性能进行分析具有重要意义。车轴的寿命预测方法常在宏观尺度上,目前没有突破性进展。所以将材料学领域常用晶体塑性有限元法应用到车轴钢材料上,可以为车轴钢材料的疲劳研究提供新的方法,对其微观特性也会有更深一步的研究。本文先对LZ50车轴钢进行试验分析,得到仿真计算所需的关键数据;随后使用能够反映材料本构关系的用户材料子程序;并通过对比分析得出适用于LZ50车轴钢寿命预测的晶体塑性有限元建模方法;将模型仿真计算结果与能量法预测材料寿命的公式相结合在微观尺度上预测LZ50车轴钢材料的寿命;最后在同一工况下使用传统疲劳寿命预测方法在宏观尺度上对车轴钢材料进行寿命预测;并与微观尺度上的计算结果进行对比。主要的结论如下:(1)通过材料拉伸试验,得到材料的抗拉强度为753MPa,屈服强度为428MPa。并得到材料的应力应变曲线,通过升降法进行LZ50车轴钢材料疲劳试验,研究车轴的疲劳性能,得到车轴试样的疲劳极限为283.9MPa。(2)利用Neper软件建立几何模型,并通过ABAQUS用户材料子程序定义材料本构关系,实现晶体塑性有限元模型的计算,对所建模型进行对比分析发现本文模型可以很好地体现材料的细晶强化效应以及晶界对材料性能的影响。(3)将试验结果、晶体塑性有限元仿真结果,代入到能量法寿命预测公式中,得到LZ50车轴钢材料裂纹萌生时的能量转换率为0.000197。并通过所得结果预测应力水平为350MPa时,材料的寿命为478691次。(4)利用Hypermesh软件建立车轴宏观模型,并通过ABAQUS软件进行计算分析,发现车轴轮轴接触内侧的过度圆弧区应力最大,并将计算结果文件导入到Fe-safe软件中进行寿命预测。在应力水平为350MPa时,材料的寿命为495345次。断裂发生位置即为应力最大区。(5)通过两种方法对比可知,得到两种寿命预测方法在同一工况下计算出的寿命相差3%,说明本文所使用的模型,可以很好的在微观尺度上对车轴钢材料进行寿命预测。