基于轮轨技术的铁路运输在现代交通运输中仍然居于主要地位。轮轨接触受力及疲劳破坏一直是轮轨技术研究领域的重要方向之一。轮轨表面轮廓都是由多段不同半径的圆弧曲线和直线段组成,发生接触时的几何关系和力学性能较为复杂。目前,对静止状态、车轮直线运行以及通过弯道时的轮轨接触力学性能的研究尚不够深入,对轮轨滚动接触疲劳寿命的预测也没有形成公认的计算方法。本文以普通客运列车车辆标准LM型踏面车轮和CHN60钢轨为研究对象,系统研究了轮轨接触位置、轮轨接触力学性能及轮轨滚动接触疲劳寿命。本文主要研究内容和成果包括:(1)通过对轮轨接触的几何分析,构建了轮轨表面轮廓方程,通过对轮廓数学方程的数值求解,建立了考虑轨底坡时确定接触点位置的数值计算方法,实现了对轮轨接触位置的精确计算。通过MATLAB编程进行数值计算,研究了轨底坡分别取0、1:40和1:20时钢轨和车轮的接触点随轮轨相对位置的变化规律。(2)针对轮轨接触存在曲率变化过渡点的接触力学问题开展研究,采用轮廓几何干涉代替轮轨间的接触变形,将车轮表面离散化处理为若干薄层,利用Hertz线接触理论计算单个薄层的载荷和应力,构建了能计算任意形状接触斑内最大正应力和接触斑尺寸的“薄层模型”,并对该模型进行了修正,实现了轮轨接触面存在曲率变化过渡点的情况下对接触应力的精确计算。针对具体工况进行了算例研究,设计建立了具体的试验装置,对两接触体发生接触时,接触面内存在曲率过渡点的接触问题进行了试验测试,验证了理论模型的可靠性。(3)结合“薄层模型”计算轮轨接触正应力的方法,构建了能计算直线线路上轮轨任意形状接触斑内正应力、切应力以及粘着区与滑动区分布的方法。对接触面进行离散化处理,基于弹性力学理论,实现了对车辆直线运行时接触面以下基体内部力学性能的计算。通过具体的算例,计算得到直线线路上轮轨接触面最大正应力、最大纵向切应力以及纵向切向载荷随轮对中心横移量变化的规律,对不同轮轨相对位置下车轮接触面以下各点处的Mises应力和最大切应力分布规律进行了计算研究。(4)构建了计算和分析曲线线路上的轮轨接触面和接触体内部力学性能的计算方法,该方法通过构建曲线路段上的车辆受力分析模型,结合分析直线线路上接触面和接触体内部力学性能的方法,实现了对曲线路段上各轮轨接触面正应力、切应力和粘滑区分布的计算,实现了对曲线路段轮轨接触面以下基体内部Mises应力和最大剪切应力的计算。通过具体的算例,计算研究了曲线路段上的轮轨接触面应力、基体内部Mises应力和最大剪切应力随接触位置变化的规律。针对曲线路段上列车过弯道速度、弯道曲率半径、轴重、外轨超高值等因素对外侧车轮接触面应力和内部应力的影响进行了实例计算和分析。(5)分析了轮轨在实际运行过程的接触随机性特点,通过对车轮表面轮廓的离散化取点,采用正态分布函数,建立了利用正态分布计算车轮表面各点发生接触的概率的方法。结合疲劳损伤积累假说以及疲劳曲线方程,构建了计算车轮表面各接触点疲劳寿命损伤和预测各点疲劳寿命的方法,并针对具体线路进行了算例计算研究,实现了对轮轨接触疲劳寿命的理论计算。本文的研究内容以及取得的成果可为轮轨接触几何关系和力学性能的进一步研究,以及对轮轨滚动接触疲劳寿命进行预测提供有益的理论支撑。