我国是一个铁路大国,由于钢轨在列车车轮碾压、温度应力等外部载荷的长期作用下会出现表面塑性形变、应力集中和裂纹等损伤,严重时会导致列车出现脱轨等危险事故,因此,我国对钢轨表面损伤的监测和检测提出了很高的要求。本文基于钢铁材料中普遍存在的剩磁效应,研究了基于剩磁效应的钢轨表面损伤的巡检技术。主要进行了以下工作:1)基于磁偶极子理论研究了应力集中漏磁场模型和裂纹缺陷的漏磁场模型,分析了利用剩磁效应在钢轨表面损伤处出现的漏磁场对钢轨表面损伤进行检测的可行性,为后续试验提供了理论依据。2)基于第一性原理和密度泛函理论,以钢轨为研究对象,研究了钢轨材料力磁耦合模型。计算了不同应力条件下,铁金属材料晶胞的一些与宏观磁性有关的微观物理量的变化趋势。结合公式推导得出了被磁化铁磁物体的磁感应强度与其单位体积磁矩呈单调正相关,并借此预测了磁化状态下钢铁表面的磁感应强度信号随应力变化的关系,为本文所研究的无损检测技术提供了一种微观机理层面上的理论解释。3)使用有限元仿真方法,建立了基于剩磁效应的钢轨表面损伤巡检系统的仿真模型,进行了仿真计算,验证了该种技术的可行性;研究了检测过程中的影响因素,优化了检测系统的硬件参数。4)设计了包括磁化装置、探头、电路以及上位机软件在内的检测系统,并使用该系统对高速无损检测平台的钢轨人工裂纹样件进行了检测。实验表明,该系统对钢轨表面裂纹能够进行检出率较高的辨识,信号峰值与检测系统的移动速度负相关,与探头与磁化装置的距离负相关,与探头的提离高度负相关。用小波分解方法结合阈值实现了裂纹位置的辨识。结论是该系统能够辨识出钢轨表面的裂纹位置。