钢轨扣件是连接钢轨与轨枕的重要部件,对保证轨道的稳定性、可靠性起到重要作用。扣件疲劳失效会造成轨道和车辆结构各零部件破坏,甚至危及了行车安全,因此,有必要对扣件系统的力学性能进行研究。本文基于有限元理论,对适用于客运轨道的Ⅱ型弹条扣件和重载轨道的Ⅲ型弹条扣件分别进行接触应力计算和弯曲应力的力学分析,最后对Ⅱ型弹条扣件进行优化设计。运用车辆/轨道耦合动力学理论方法计算得到轮轨垂向力和轮轨横向力,分析了扣件弹条的受力状态。采用非线性接触理论,建立了两种弹条扣件系统的有限元分析模型。利用有限元方法,对两种弹条扣件系统进行接触和弯曲力学性能的研究,重点分析了扣件系统安装到位后,受到外载荷作用的扣件弹条表面接触等效应力的分布以及弹条弯曲等效应力和变形量的情况。接触应力的结果表明,随着轨道列车速度和轴重的增加,即外载荷的增大,弹条的最大接触等效应力呈非线性增加,接触部位会发生塑性变形,应力集中的部位在载荷循环作用下可能会导致裂纹的萌生。弯曲应力以及变形量的结果表明,在直线轨道上,Ⅱ型和Ⅲ型扣件弹条随着外载荷增大,变形量超过弹条本身具有的弹程范围,造成弹条扣压力降低,同时弹条的弯曲应力超过屈服强度,导致弹条发生塑性变形;在曲线轨道上,外载荷的增大导致Ⅱ型弹条的位移量超过弹程的工作范围,影响了扣压力且弹条发生塑性变形,Ⅱ型弹条发生弹性变形且位移量在弹程工作范围内。基于扣件弹条接触应力计算结果,对Ⅱ型弹条进行结构与尺寸上的优化设计,结果表明,优化后的弹条接触等效应力都小于屈服极限,发生弹性变形,以此延长弹条的使用寿命。