扣件系统是地铁轨道的重要组成部分,其中,弹条是扣件系统中最为关键的连接部件,直接对钢轨实施扣压力和防爬阻力,保证钢轨、轨距以及轨道几何形位的稳定性,防止轨道发生不利变形。弹条断裂失效会导致轮轨作用力加剧,加速轨道和车辆的破坏,危及行车安全。本文针对地铁常用e型弹条扣件系统,基于数字图像相关法对弹条成型前材料进行了拉伸试验、缺口试验,弹条元件及组装模态进行了室内测试,基于室内疲劳试验过程对弹条进行了静态应变测试,对运营线路进行了静态应变测试、模态频率测试和行车状态下钢轨及弹条的动态响应测试,结合有限元方法,建立了扣件系统精细化有限元模型,并和试验对比验证了模型的有效性;对e型弹条扣件系统进行静态和动态行为的系统分析,探究e型弹条断裂的原因,并提出一种防止e型弹条断裂的方法,研究结果可为e型弹条的设计、优化和安装等提供科学依据。主要工作和结论如下:1.按照尺寸建立了e型弹条扣件系统精细化模型,提出基于现场扣件安装过程的有限元模型及简化安装方式的有限元模型,对弹条进行加载。通过现场安装及简化加载应变试验结果,验证两种工况有限元模型的有效性。结果表明:现场安装应变测试的实测表面最大主应变值与简化加载试验结果相近,但方向角与后者相差约5°,说明本文提出的精细化有限元模型更符合实际工况。2.基于已验证的模型,对比分析了两种模型下e型弹条标准安装状态和过安装状态下e型弹条的扣压力、最大主应变、等效应力、接触应力等静力学性能,从静力学角度分析弹条断裂位置,揭示弹条断裂原因。结果表明:基于现场安装过程的精细化模型的弹条最大主应变全局最大值位置,随弹条插入深度增加而发生显著变化;当弹条处于过安装状态时,应变全局最大值阶跃式增长,位置跳变至弹条中肢与铁垫板插孔挤压处,同时此处的接触应力由线接触转变成点接触,且急剧增大,因此弹条过安装时容易发生损伤。3.对e型弹条扣件系统精细化有限元模型进行模态分析,并采用DIC室内试验和现场试验对标准安装状态下扣件模态进行验证;确保弹条断裂仿真的准确性。4.分析了现场的钢轨波磨情况、行车载荷下钢轨的垂向位移以及钢轨和弹条的频率响应特征;同时对弹条材料60Si2Mn A进行了缺口圆棒拉伸试验,获得了不同应力三轴度下材料的断裂应变;然后利用Abaqus模拟了过安装状态下,频率分别为50Hz、100Hz、400Hz和1000Hz,钢轨幅值为0.025mm工况下弹条的断裂过程,进一步说明过安装是弹条断裂的主要原因之一,而钢轨波磨和扣件系统的共振会加速弹条的瞬断飞溅。5.根据分析结果,提出一种e型弹条自动安装扳手,可以避免弹条过安装,从而改善e型弹条的断裂问题。