尖轨是引导列车转向或跨过另一条线路的重要道岔部件,但仅受到滑床板承托、根端固定和有限的牵引锁闭约束,在频繁载荷作用下可能诱发疲劳裂纹的产生、扩展甚至断裂,严重危及列车运行安全。随着我国铁路交通朝着高速重载的方向发展,尖轨的断裂监测需求愈发迫切。鉴于现有技术难以满足实时、精准、广域的尖轨断裂监测需要,本文提出了采用柔性印刷线路技术制备长尺寸的裂纹扩展传感器进行尖轨断裂传感的方法,搭建了基于Zigbee无线传感器网络的尖轨断裂监测系统用于尖轨断裂信号传输与监测。研究内容主要包括以下三部分:首先,建立了尖轨在车轮载荷和转换动作下的仿真模型,对比分析了有无预制裂纹尖轨在载荷下的力学特征:尖轨裂纹的力学影响具有明显的局部性,即仅在裂尖附近呈应力集中状态,几乎不影响尖轨整体的应力分布和变形;建立了断裂监测的损伤传递模型,分析了从待测结构到裂纹扩展传感器金属层的变形和伤损传递机制;建立了断裂过程仿真模型,采用扩展有限元方法模拟裂纹扩展传感器随尖轨结构裂纹扩展的变化,结果表明:传感器金属层裂纹扩展进程比待测结构裂纹超前约0.2-0.6mm,裂纹附近瞬干胶粘层破坏区域宽度约1mm,揭示了裂纹扩展传感器用于断裂监测的随附损伤规律,上述仿真验证了裂纹扩展传感器用于尖轨断裂监测的可行性。其次,设计制备了裂纹扩展传感器,具有较长范围内双向的裂纹扩展感知能力和低热输出特性,提出了裂纹扩展传感器并联定值电阻处理方案实现断裂输出信号的线性化。对制备的裂纹扩展传感器进行了工艺一致性和热输出测试,结果表明:同一批传感器电阻值波动量仅占均值的1.4%,热输出按平均电阻温度系数计约为36℃^-1,不影响断裂信号辨识度。裂纹扩展传感器用于三点弯曲疲劳裂纹扩展监测试验表明:传感器金属栅能够随着结构裂纹扩展而逐根断裂,试验得到的胶层破坏宽度约1mm。最后,开发了一套基于Zigbee无线传感器网络的尖轨断裂监测系统,主要包括获取断裂信号的无线传感节点、用于数据汇集以及协议转换与数据转发的网关、进行数据转存与服务响应的云服务器和由各类监测终端扮演的客户端,能够实现尖轨健康状态实时上报、尖轨长期健康数据积累与分析、尖轨损伤演化程度分级预警和核心的断轨报警等功能,为裂纹扩展传感器用于工程现场的道岔尖轨断裂监测提供了可行的技术方案。