在大力发展重载铁路的时期，随着列车轴重的增大、车辆编组的加长和行车速度以及钢轨材质抗磨性能的提升，钢轨表面因轮轨滚动接触而发生的疲劳破坏现象时常发生。钢轨的磨耗问题和轮轨滚动接触疲劳问题始终是影响钢轨使用寿命的主要伤损，两者共同存在、同时发展、相互影响。因此，在裂纹萌生预测时必须考虑磨耗以及由此带来的钢轨型面变化的影响。在既有的研究中，建立的裂纹萌生和磨耗发展共存预测模型，将磨耗考虑为同一车轮在钢轨轨头同一个位置重复作用，未考虑轮轨接触点的动态随机分布；当轨头任意点累加的磨耗深度超过一定的设定值时，确定型面发生磨耗而进行磨耗型面生成和替换，该磨耗深度数值是否合理缺少依据；磨耗型面由轨头任意点的磨耗深度达到设定值时进行型面平滑生成，平滑处理方法是否会将人工误差引入到型面中，即平滑方法是否比磨耗改变型面更多？在裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法中，若这些磨耗问题不进行科学、合理的分析，预测结果的准确性将受影响。
　　本文旨在解决裂纹萌生和磨耗发展预测方法中的磨耗问题，包括型面更新替换时的磨耗程度控制值、型面平滑方法引起的磨耗误差和考虑轨道几何不平顺时轮轨动态随机分布下的磨耗情况。在裂纹萌生和磨耗发展共存的预测方法中，考虑了更新钢轨型面时不同的钢轨磨耗处理方法，以不同的阈值控制钢轨磨耗型面的替换，分析不同的阈值对钢轨裂纹萌生预测的影响；评价了型面平滑方法对磨耗型面的影响；提出了考虑轮轨接触点位置的分布对钢轨磨耗预测方法，完善了裂纹萌生和磨耗共存发展预测模型。定量考察不同磨耗处理方法对裂纹萌生的影响，结合计算的时间成本分析其合理性和适用性。
　　本文考虑钢轨疲劳裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法中因磨耗引起的钢轨型面变化，对更新型面的磨耗阈值深入研究，并考虑不平顺对钢轨磨耗的影响，完善了裂纹萌生和磨耗共存发展预测模型：
　　(1)基于裂纹萌生和磨耗共存发展预测模型，在钢轨的型面更新中，设置不同的磨耗深度阈值，包括不同的磨耗深度和不同的车轮通过次数，来控制钢轨型面更新替换的时机。
　　(2)引入轨道几何不平顺，在考虑轮轨接触点位置的分布情况下预测钢轨的磨耗，并应用于裂纹萌生和磨耗发展工程预测模型中。
　　(3)在钢轨更新型面时设定不同的磨耗阈值，并在考虑不平顺引起轮轨接触点分布的情况下对裂纹萌生和磨耗共存发展进行预测，对比分析不同磨耗阈值下的裂纹萌生寿命、萌生位置预测结果，研究造成不同预测结果的原因，分析不同方法的适用性和合理性，提出仿真计算中更新型面时的合理磨耗阈值。
　　(4)基于考虑磨耗阈值和不平顺的钢轨裂纹萌生和磨耗发展共存预测模型，对不同车辆轴重与不同钢轨材质情况下的，钢轨磨耗发展、轨距角疲劳裂纹萌生寿命及位置进行预测，考察车辆轴重和钢轨硬度对钢轨磨耗与裂纹萌生的影响。
　　本文取得的主要研究成果如下：
　　(1)在裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法中，以U75V热处理钢轨为研究对象，确定了合理的钢轨更新型面的控制阈值，设置足够小的磨耗深度和车轮通过次数更新钢轨型面。以等磨耗深度和等车轮通过次数更新型面的预测方法中，当更新型面的磨耗深度h≤0.04mm，车轮通过次数T≤30000次时，钢轨的裂纹萌生寿命基本一致，当h＞0.04mm或T＞30000次时，预测结果产生偏差。因此在裂纹萌生与磨耗发展共存预测模型中，更新型面的磨耗深度临界值为h=0.04mm和T=30000次。
　　(2)引入轨道几何不平顺，在考虑轮轨接触点位置的分布的情况下，根据接轮轨接触的分布概率以权重的形式累加磨耗。本文以等分成三份为例，最终裂纹萌生预测结果为318292次，比不考虑不平顺的预测结果增大了14.85%。钢轨的平均磨耗发展率为3.8131μm/万次，与未考虑不平顺的磨耗发展率相比，减小了15.83%。
　　(3)对钢轨型面进行平滑处理，将平滑前后的型面数据进行对比后，证明了平滑前后钢轨型面整体变化不大，平滑处理时的人为误差可以忽略，并且平滑处理减少了磨耗量重复累加效应带来的误差。
　　(4)考虑轨道几何不平顺，预测了23t、25t、27t、30t车辆轴重下，半径为800m的曲线外轨磨耗及裂纹萌生寿命与位置。研究发现：随着轴重的增加，裂纹萌生位置逐渐靠近轨顶中心，钢轨的裂纹萌生寿命逐渐减小，磨耗发展率逐渐增大。
　　(5)考虑轨道几何不平顺，预测了不同钢轨材质对钢轨的磨耗及裂纹萌生寿命与位置，分别为U78CrV/U76CrRE、H320(U71Mn热处理)、H340(U75V热处理)、H370(U78CrV热处理)，研究对象为外股钢轨。当车辆轴重为23t，曲线半径为800m时，硬度小的钢轨，裂纹萌生位置更靠近钢轨中心。随着硬度增大，裂纹萌生寿命增大，磨耗发展率减小。