车轴是高速列车车辆的关键部件,承受着来自车体和轨道的疲劳载荷作用。由于车轴钢材料在制备过程中可能会形成内部缺陷,同时在车辆服役过程中车轴会遭受异物冲击形成表面缺陷,这些缺陷的存在会增加疲劳裂纹萌生机率,决定着车轴的疲劳寿命。因此,本文以EA4T车轴钢材料为研究对象,建立车轴钢材料晶体塑性有限元模型,从介观尺度研究了不同类型缺陷对车轴钢材料疲劳裂纹萌生问题的影响,并基于吉布斯自由能和累积损伤理论预测了缺陷车轴钢材料的疲劳裂纹萌生寿命,分析了不同方法预测缺陷车轴钢材料疲劳裂纹萌生寿命的优势,主要内容如下:（1）对EA4T车轴钢材料进行金相、化学成分、拉伸和冲击等理化性能试验分析;制备车轴钢材料光滑试样以及缺口试样,通过小子样升降法进行旋转弯曲疲劳试验,获得了EA4T车轴钢材料的各项性能指标。通过扫面电镜观察疲劳断口形貌,分析车轴钢材料疲劳裂纹萌生机制。从试验分析结果可以看出EA4T车轴钢材料主要由贝氏体和回火马氏体构成,为体心立方结构,滑移是裂纹源区的主要变形机制,各项性能满足标准要求。（2）基于晶体塑性理论结合Voronoi图思想,建立反映材料晶体结构的晶体塑性有限元模型,根据EA4T车轴钢材料的应力应变曲线拟合了模型的本构参数,分析了晶粒数量、网格划分以及晶体取向对模型计算结果的影响,找到了最优的建模方式,并利用统计学相关性系数对晶体塑性有限元模型的合理性进行验证。（3）采用子模型的方法分别建立内部夹杂物缺陷、外部缺陷以及内-外部缺陷耦合作用的晶体塑性有限元模型,分析了不同类型缺陷模型在疲劳载荷作用下缺陷附近应力场分布情况,以及晶粒微结构变形特点。根据晶粒的取向矩阵计算载荷施加前后缺陷附近晶粒的晶体取向差,探索了取向差与晶体微结构变形之间的关系。通过计算不同类型缺陷模型中的塑性应变能密度,预测了裂纹萌生位置,并与试验结果进行了对比。（4）计算了裂纹萌生过程中的能量转化效率因子,基于吉布斯自由能的方法预测了含不同类型缺陷的车轴钢材料裂纹萌生寿命。并将预测结果与使用累积损伤理论的预测结果进行详细对比,给出了两种预测结果产生差值的原因,分析了使用吉布斯自由能预测缺陷车轴钢材料裂纹萌生寿命的优势。