轮轨接触荷载是一种与时间相关的多轴非比例荷载,这种循环荷载导致钢轨表面或次表面萌生裂纹。钢轨的大部分损伤都与杂质导致的裂纹和钢轨表面裂纹扩展有关,所以研究钢轨疲劳裂纹的萌生及扩展是非常有必要的,这有助于了解钢轨的剥离、轨面塌陷、钢轨核伤及钢轨断裂等损伤机理,可为减少钢轨的损伤提出合理化建议。论文的主要工作如下:（1）对含夹杂的二维钢轨模型进行了有限元模拟,并利用Dang Van多轴疲劳裂纹萌生准则计算了夹杂周围的裂纹萌生危险系数。模拟结果显示,夹杂周围的裂纹萌生区呈“蝴蝶”形,硬夹杂的裂纹萌生区比软夹杂的大,且裂纹更容易在硬夹杂周围萌生。（2）分析了双轴疲劳拉伸试样裂纹尖端的周向应变幅值随角度的变化,用最大周向应变幅值准则预测了多轴非比例荷载下疲劳裂纹的扩展方向,并对疲劳裂纹的分叉扩展做出了解释。预测的裂纹扩展方向与实验结果吻合良好。（3）在线弹性断裂力学框架下对钢轨表面疲劳裂纹进行了分析,其中用最大周向应变幅值判据对裂纹的扩展方向进行了预测。研究结果表明,钢轨表面的小角度斜裂纹很容易向上偏转朝钢轨表面扩展,导致钢轨表面剥离,大角度裂纹（30°、40°和45°）则容易分叉扩展。裂纹面的摩擦系数对K_Ⅰ几乎没有影响,而裂纹面摩擦系数越大,?K_Ⅱ越小。裂纹面摩擦系数对裂纹扩展角度影响较小,当裂纹面摩擦系数大于0.3时,裂纹扩展角度几乎不变。轮轨间摩擦力对应力强度因子K_Ⅰ和K_Ⅱ的变化趋势和大小的影响都很大。（4）用有限元法模拟了钢轨表面裂纹尖端的塑性区随荷载循环次数的变化。模拟结果显示,当车轮对钢轨的摩擦力较小（μ=0.1）时,裂纹尖端塑性区尺寸满足线弹性断裂力学的“小范围”屈服条件。当车轮对钢轨的摩擦力较大（μ=0.2）时,裂纹尖端的循环塑性显著增大,且大角度（θ=30°）裂纹尖端的循环塑性区明显大于小角度（θ=15°）裂纹尖端的循环塑性区。