第一章绪论
裂纹形成和扩展规律的仿真研究一根据车轮运用中的轮轨机械载荷和制动热负荷条件，采用有限元法进行辐板孔应力应变和裂纹应力强度因子计算，研究并建立考虑踏面磨耗量、福板孔位置等多参数影响的裂纹形成寿命和剩余寿命预测模型，计算出典型制动工况和大秦线全程运用条件下裂纹的形成寿命、裂纹扩展剩余寿命。根据辖板孔裂纹数据的统计分析、断口的宏微观分析、辐板孔裂纹车轮的线路运用试验及裂纹形成、扩展和失稳临界条件的仿真计算等结果，对裂纹成因、扩展规律及裂纹车轮的安全使用条件进行综合分析。
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第二章车轮辖板的失效分析及材料性能
2.1840D车轮福板的失效分析
通过对车轮福板进行的低倍组织、金相组织检验、能谱分析和材料的性能研究，未发现任何材质冶金缺陷和其他异常情况能够导致车轮福板裂纹萌生。对福板孔的表面观察可以发现其棱缘拐角处尖锐，说明在现实生产过程中，形成辖板孔时就已存在，且未做任何边缘倒角处理，这将在辖板孔边缘产生局部的应力集中。而观察发现所有试样的裂纹均在孔边棱角处起源，说明孔边棱角应力集中可能是导致裂纹起源的一个主要因素。综合起来分析，裂纹原因是：辐板孔边是车轮受力的薄弱环节，而在加工时未作任何处理，加剧了局部的应力集中，导致在车轮外载荷作用下，辐板孔边局部应力超出了辐板材料的疲劳极限，从而在运用过程中产生疲劳裂纹。
2.2车轮辐板钢材断裂軔性测试
货车运行中有不同的制动过程，包括长坡制动、紧急制动等。这些频繁的制动使得车轮福板产生热应力，由于福板有孔，且孔边存在应力集中，从而在辖板孔位置处产生疲劳裂纹。本试验通过施加拉伸载荷使试件孔边产生的拉应力与制动10分钟孔边产生的热应力数值相同，从而来模拟在最不利工况下，辐板孔位置处裂纹的萌生时间，也即车轮最不利的制动次数。试验分别采用宏观的液压疲劳实验机及微观的电镜实验仪操作。由于辖板孔部位是车轮受力的薄弱环节，而在加工时对孔边也未作任何处理，加剧了孔边局部的应力集中，导致车轮在外载荷作用下，福板孔局部应力超出了材料的疲劳极限，从而在运用过程中产生疲劳裂纹。
第三章辐板孔疲劳裂纹成因仿真分析.......29
3.1轮轨作用下孔边的应力分析..............30
3.2制动工况下的温度场和热应力场分析......35
第四章辐板孔裂纹扩展规律及扩展寿命研究........61
4.1辐板孔角裂纹的应力强度因子研究61
4.2辐板孔角裂纹的扩展规律研究........67
第五章车轮辐板断裂准则分析....................87
5.1线弹性断裂力学基本理论.............87
5.2应力强度因子的计算.............87
第七章福板孔裂纹研究对今后车轮研究的工程化应用
7.1踏面制动方式下轮形设计研究
就车轮裂纹而言，除福板孔裂纹外，车轮轮辋也存在疲劳裂纹（以下简称辋裂），这是目前国内外仍然没有彻底解决的一个难题，车轮辋裂如不及时发现，在进一步的轮轨接触应力作用下就可能造成车轮踏面掉块。车轮辋裂的起因目前已经很清楚，它是因为车轮踏面下左右存在大颗粒夹杂物所致，但是针对车轮辋裂的扩展规律目前仍处于研究之中，与福板孔裂纹一样，同样受到较轨接触应力和踏面制动热应力的影响，需要获得裂纹尖端的应力强度因子，因此福板孔裂纹扩展研究的热机親合分析方法和裂纹尖端应力强度因子的计算方法对车轮辋裂裂纹扩展规律研究具有一定借鉴作用，应用有限元方法，针对轮轨几何尺寸建立轮轨接触模型并幵展轮轨接触疲劳性能研究，对于预防轮辋裂纹，开展损伤容限研究具有积极意义。
7.2轮辋裂纹扩展研究的可行性分析
轮辋疲劳裂纹是车轮使用过程中产生典型损伤类型，若不及时发现轮辆裂纹会严重危及机车车辆的行车安全。尽管车轮轮辆疲劳裂纹在车轮损伤历史上属常见现—象，但随着中国铁路的快速发展，时速高达300km/h的列车和30t轴重的重载货车陆续投入使用，轮轨间的动态相互作用力随速度的提高呈线性规律递增，同样轮轨接触应力随着轴重的提高而增加，另外在高速和重载运用条件下，车轮踏面擦伤、剥离等情况会导致剧烈的冲击载荷，这些因素都将引起车轮轮辋内部应力的增加，因此在轮轨间动态相互作用力增大的情况下，车轮内部夹杂物类型、尺寸大小、形态都将成为影响车轮疲劳轮辋裂纹的萌生和扩展的重要因素。若该区域存在有非金属夹杂等冶金缺陷，轮轨接触剪应力为列车运行时轮对所固有，当裂纹源成核并在剪应力作用下促使裂纹萌生时，列车运行速度越快，裂纹扩展也越快。
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第八章结论
通过对货车车轮辖板失效分析、裂纹萌生原因、裂纹扩展分析，对车轮福板孔裂纹仿真模拟，以及跟踪试验研究，得出以下结论：采用有限元法数值模拟和应力寿命法定量模拟研究了轮轨机械载荷、典型制动工况大秦线全程制动条件和轮轨机械载荷作用下车轮福板孔的应力分布，以及与这些制动热负载组合作用下车轮福板孔的疲劳裂纹形成寿命。通过分析计算发现福板孔裂纹问题与运用状态紧密相关，特别是与大秦线长大坡道的线路特征有着密不可分的关系，长大坡道制动产生的热负载与轮轨间的机械载荷综合作用是导致辖板孔形成裂纹的最主要因素，但轮轨机械动载荷产生的波动应力与制动热负载产生的热应力的叠加对其疲劳损伤和裂纹萌生有较大的贡献，由于加工工艺的不稳定，导致福板孔加工位置离散型大，若偏向轮辋，则起到加速福板孔裂纹形成的作用，另外踏面磨耗的增大导致机械应力水平提高，这也推动了福板孔裂纹的形成。
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参考文献（略）