轮辋裂纹是一种常见的车轮疲劳损伤失效形式,随着列车运行速度和载重的增加,裂纹不断扩展会引起踏面的深度剥离,对行车安全造成严重危害,本文以高速车轮为对象,开展了轮辋复合型裂纹扩展特性和裂纹扩展寿命研究。首先对ER8材质高速车轮轮辋的疲劳断裂性能进行了试验研究,获得I型裂纹和I-II复合型裂纹疲劳扩展门槛值和裂纹扩展速率。并测量了复合型裂纹的扩展方向,分析结果显示,车轮钢材料的复合型裂纹扩展角度与最大周向应力准则（MTS）的预测值基本吻合。利用有限元仿真软件FRANC3D模拟了车轮钢试样I型裂纹和I-II复合型裂纹扩展过程,计算得到复合型裂纹扩展角度,通过对比仿真结果和试验测得数据,验证了裂纹仿真方法的有效性。并进一步分析得到试样裂纹尖端的应力强度因子随裂纹扩展距离的变化规律。建立含有车轮轮辋裂纹的三维轮轨滚动接触模型,基于试验数据仿真分析得到,直线工况下不同初始角度的轮辋复合型裂纹的扩展路径和应力强度因子。结果表明,当斜裂纹角度逐渐增大时,等效应力强度因子范围?K_equ值不断增大。裂纹在轮轨滚动接触载荷作用下扩展行为以剪切模式为主,I型应力强度因子为负值,张开型裂纹处于闭合状态;II、III型应力强度因子均存在正值,且II型应力强度因子是裂纹扩展的主要驱动力。裂纹沿平行于踏面的方向扩展,裂纹扩展面具有显著的三维特征。开展了车轮磨耗对轮辋裂纹扩展特性和裂纹扩展寿命的影响研究。分析了磨耗轮轮辋裂纹尖端应力强度因子的变化规律,结果表明,磨耗车轮直径减小后复合型裂纹尖端的等效应力强度因子值增大。仿真计算了车轮扁疤和多边形异常磨耗下的裂纹扩展寿命,当列车行驶速度为350km/h,初始裂纹尺寸为0.5mm时,结果表明随着车轮扁疤长度增加裂纹扩展寿命减小,其中50mm扁疤长度对应的裂纹扩展寿命最低为9.1x10⁶循环次数;随着车轮多边形阶数增加,裂纹扩展寿命先降低后增大,其中10阶多边形对应的裂纹扩展寿命最低为3.1x10⁶循环次数。本文研究内容为车轮设计和检修周期制定提供了指导,有助于提升车轮的疲劳使用寿命,保证了高速列车的行驶安全。图50幅,表10个,参考文献75篇。