随着城市交通压力的增大,地铁的发展越来越迅猛,而地铁线路中,特别是小半径曲线段线路中的钢轨伤损问题也越来越严重。针对这一问题,建立了轮轨三维滚动接触模型,并将改进的Abdel-Karim-Ohno模型嵌入到ABAQUS中,通过改变轴重、摩擦系数、车轮偏移量等因素,考虑廓形在服役过程中的演变,探讨它们对钢轨的应力场、塑性应变和接触压力的影响,探究了小半径曲线段钢轨的损伤机理,对地铁线路服役钢轨的在线评估提供了有益参考。论文主要研究工作如下:(1)通过UMAT用户子程序,将改进的Abdel-Karim-Ohno模型嵌入到有限元软件ABAQUS中,对U75V钢轨材料的单拉和循环变形响应进行模拟。模拟结果显示该模型能够合理地预测U75V钢轨的循环变形特性和棘轮行为。(2)建立了轮轨三维滚动接触模型,讨论了轴重、摩擦系数和车轮偏移量等因素对标准型面钢轨的应力场、等效塑性应变和接触压力的影响。结果表明:钢轨等效应力和等效塑性应变最大值并不在同一个位置,在循环荷载下,钢轨接触区面积与轴重并非线性关系,钢轨的塑性累积可使钢轨接触区的接触压力分布更加均匀。当车轮偏移量变大,轮轨接触点靠近轨距角时,随着循环次数的增加,钢轨接触压力会逐渐增大,进而导致钢轨发生严重的侧磨。(3)建立了不同里程数下廓形钢轨的有限元模型,分析了廓形对钢轨的应力场、等效塑性应变和接触压力的影响。结果发现:在小半径曲线段,经过不同里程数后,钢轨的轨距角处严重磨耗;钢轨磨耗的加剧,可以减小钢轨表面的最大接触压力,从而减小自身磨耗。所以在钢轨实际服役过程中,应定期测量钢轨廓形,并根据磨耗的实际变化,打磨钢轨型面,优化轮轨接触状态,最终延缓钢轨的磨耗。