随着高速铁路的快速发展,以磨损和滚动接触疲劳为主的车轮损伤问题日益突出。实际运行条件下,列车的运行速度、启动与制动、以及雨雪环境均会对车轮表面的摩擦磨损与接触疲劳性能产生影响。因此,在水润滑条件下,开展不同转动速度和滑差率的车轮材料损伤试验研究,深入分析滚动接触疲劳裂纹萌生机理和扩展规律,对指导工程实践有着重要的意义。本文使用微机控制滚动接触材料疲劳试验机,在水润滑条件下开展了2种滑差率(0.6%和1%)和4种转动速度(250 r/min、500 r/min、750 r/min和1000 r/min)的直径约为60 mm的ER8高速车轮钢和高速钢轨钢试样的双盘对滚试验。根据车轮材料摩擦系数、剥离寿命、磨损速率、氧化程度、表面形貌、塑性流动及裂纹扩展等方面的试验结果,分析了转动速度和滑差率各自对车轮钢磨损和滚动接触疲劳损伤的影响。结果表明,当转动速度由250 r/min提高到1000 r/min时,车轮材料的疲劳寿命逐渐由68万次减小到34万次。车轮材料的磨损速率则随着转动速度的提高,先减小后逐渐增大。当滑移率由0.6%提高到1%时,车轮材料的疲劳寿命均呈增加趋势。在高转速区间(750r/min及以上),磨损速率随着滑差率增加而提高;但在低转速区间(750 r/min以下),磨损速率随着滑差率的增加却降低。为了进一步阐明转动速度和滑差率交互影响下车轮材料滚动接触疲劳性能的变化规律,建立了考虑循环塑性的裂纹萌生仿真模型,分别从单向拉伸、残余变形和仿真寿命三个方面对比了仿真结果和试验结果,验证了仿真模型的有效性。在此基础上,使用动力学仿真分析了转动速度和滑差率对接触斑内接触应力分布的影响,并利用模型计算了从小到大连续变化的转动速度和滑差率对裂纹萌生寿命和萌生角度的影响。结果表明,当转动速度由250 r/min提高1000 r/min时,裂纹萌生寿命逐渐由65.91万次减小到27.97万次,裂纹萌生角度逐渐由29.19°减小到19.82°。当滑差率小于0.6%时,裂纹萌生寿命随着滑差率的提高而减小;当滑差率大于0.6%时,裂纹萌生寿命随着滑差率的增大而增大。当滑差率由0.2%增大到1%时,裂纹萌生角度逐渐由12.07°增加到24.34°。在水润滑条件下,裂纹萌生后容易进一步扩展。为了揭示转动速度和滑差率对其扩展规律的影响,本文利用线弹性断裂理论研究了不同转动速度和滑差率下的裂纹扩展规律。结果表明,转动速度较大或者较小,均不利于车轮材料滚动接触疲劳裂纹的扩展。随着滑差率的提高,车轮材料疲劳裂纹更容易沿深度方向和表面方向扩展。由于本文开展的试验和仿真研究是对应于滚动接触材料疲劳试验机所用的小型试样,因此本文的研究成果可为车轮材料的开发和研究提供一些信息,也可为研究人员开展1:1大型轮轨结构滚动接触疲劳试验研究提供一定的参考作用。