高速列车以其快捷、舒适、安全、承载量大、低能源消耗等优势取得了突飞猛进的发展。车轴是保证高速列车正常运行的重要部件,承受着来自于车身及轨道的各种载荷,其表面的加工质量和热处理条件等因素都会导致车轴的疲劳破坏。车轴要保证在所规定的使用条件下,具有足够的安全性、可靠性和长使用寿命,这就对车轴材料相关技术提出了非常高的要求。本文针对高速列车车轴材料中碳钢,开展了疲劳寿命预测及可靠性分析。主要工作包括:1.对不同表面粗糙度的中碳钢试件进行旋转弯曲疲劳试验,将试验数据进行分析处理,获得不同粗糙度条件下中碳钢的S-N曲线和总体安全可靠寿命的置信下限P-S-N曲线及其函数关系式。2.对不同热处理状态的中碳钢试件进行旋转弯曲疲劳试验,将试验数据进行分析处理,获得不同热处理状态的中碳钢的S-N曲线和总体安全可靠寿命的置信下限P-S-N曲线及其函数关系式。3.对中碳钢试件疲劳裂纹扩展过程进行了研究,根据断裂力学知识,在前两部分试验数据的基础上,推导出不同表面粗糙度和不同热处理状态的中碳钢的疲劳寿命预测模型。4.以CRH5型动车组车轴为例,对车轴受力状况进行了分析,考虑弹性模量、剪切模量、表面缺陷尺寸、车轮滚动圆名义半径等随机变量,针对表面粗糙度Ra=0.4,回火温度为500℃的中碳钢车轴,进行了疲劳寿命可靠性及其灵敏度研究。通过上述研究工作,以疲劳试验数据为基础,建立了不同表面粗糙度和热处理状态的疲劳寿命预测模型,并将模型与CRH5型动车组车轴的实际情况相结合,得到了车轴疲劳寿命可靠度及灵敏度,为车轴的结构设计提供了有效依据。