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长期以来，我国铁路承担着主要的客货运输任务，其中普速铁路由于线路所占的比例较大，在铁路运输中依然起到重要作用。为了满足提速、重载的发展要求，普速铁路也在逐渐加强自身条件，适应新的运输要求，例如线路条件加强、钢轨采用合金钢轨(U75V)、钢轨采用60N廓形并进行周期性的打磨。这样，一方面是铁路运输在新时代新方向下的快速发展，另一方面，轨道结构和部件在新条件新参数下持续使用。
因此，钢轨的使用情况、伤损特征和寿命又有新的特点。比如，钢轨表面滚动接触疲劳裂纹明显，萌生寿命较短，发展较快，且因为磨耗性能好，这种裂纹会长期存在在钢轨表面，影响列车运行质量，增加养护维修工作量，甚至影响运输安全。而钢轨滚动接触疲劳裂纹与钢轨磨耗是同时发生，同时存在，保持关联和影响的，因此，两者的发生发展必须同等对待、同时考虑，将钢轨的疲劳裂纹萌生和磨耗的共存关系统一起来考虑是研究新时代条件下钢轨伤损控制和养护维修的关键。
研究钢轨的疲劳裂纹萌生和磨耗的共存发展方法，重要的方面就是方法的完善和现场的检验，目前对该方法的研究主要基于仿真预测、现场孤立的观测。本文结合典型的普速铁路——京九线铁路的钢轨表面疲劳裂纹和磨耗的特点，采用理论分析、数值模拟、系统的现场试验等研究方法，建立钢轨疲劳裂纹萌生-磨耗共存发展模型预测裂纹萌生寿命和相应的磨耗发展率，并与京九线现场观测结果进行对比分析，检验该模型在预测钢轨磨耗与裂纹萌生方面的可行性，得到钢轨磨耗和疲劳裂纹萌生的关系，为钢轨打磨等养护维修作业提供参考依据。
研究结果发现：
1.钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展的预测方法将钢轨疲劳裂纹萌生与磨耗共存的连续过程离散化，分为两个子阶段：疲劳-磨耗独立发展阶段和疲劳累积-型面替换阶段，将轮轨滚滑接触关系、磨耗和型面发展、疲劳损伤累积、裂纹萌生寿命和位置预测统一起来，可以同时分析磨耗发展、疲劳累积和裂纹萌生，对裂纹萌生寿命、位置、材料疲劳累积过程、磨耗发展率和磨耗量、钢轨型面变化有量化分析。通过仿真结果和现场试验结果的对比，该方法的结果与现场结果吻合，可以用于现场条件下钢轨裂纹萌生和磨耗的预测。
2.对京九线典型区段钢轨疲劳裂纹萌生及磨耗进行了仿真计算，主要发现：相比标准60kg/m钢轨廓形，60N廓形法向力和切向力均较大，会使得钢轨材料更容易发生疲劳和磨耗，裂纹萌生会更早；轨头Mises应力极值随磨耗的发展呈增加趋势，应力极值点的位置在距轨顶中心17~20mm，钢轨表面下2~3mm；随着曲线半径的增大，阶段磨耗发展率和平均磨耗发展率呈降低趋势，但磨耗量仍然呈增加趋势；由于磨耗和型面变化的影响，钢轨的疲劳损伤呈非线性发展的趋势；曲线钢轨裂纹萌生寿命随半径的增加呈大幅度增加趋势；不同曲线半径下裂纹萌生位置，疲劳裂纹均萌生在钢轨表面以下1～3mm处，横向位置在距离轨顶中心约15～20mm范围内。
3.对京九线典型区段钢轨疲劳裂纹、表面硬度和磨耗进行了跟踪观测分析，主要发现：京九线曲线钢轨病害严重，上股侧磨和剥落掉块、下股垂磨和裂纹难以得到有效控制；打磨作业对曲线钢轨磨耗和裂纹发展具有比较明显的整治效果；钢轨表面裂纹主要出现于小半径曲线(600m)；采用裂纹深度线性发展趋势估算裂纹萌生寿命，得到600m半径曲线外轨裂纹萌生寿命大约为277700次，内轨裂纹萌生寿命约为389700次；打磨作业对轮轨频繁接触位置的加工硬化硬度有少量影响，打磨后随着车轮的作用，轮轨频繁接触位置的钢轨硬度又呈增加趋势；600m半径曲线内、外轨磨耗发展率0.014~0.018mm/(Mt?km/km)。
4.对比分析预测值和观测值，主要发现：硬度对裂纹萌生寿命有明显影响，硬度高的钢轨，裂纹萌生寿命较长，但裂纹萌生后到扩展阶段，硬度对裂纹扩展影响不明显；随着车轮通过次数增加，阶段磨耗发展率下降；同时，疲劳伤损增大。裂纹萌生寿命和平均磨耗发展率的预测值和观测值能较好吻合，钢轨裂纹萌生和磨耗共存方法可以用于现场条件下钢轨裂纹萌生和磨耗的预测。
因此，钢轨的使用情况、伤损特征和寿命又有新的特点。比如，钢轨表面滚动接触疲劳裂纹明显，萌生寿命较短，发展较快，且因为磨耗性能好，这种裂纹会长期存在在钢轨表面，影响列车运行质量，增加养护维修工作量，甚至影响运输安全。而钢轨滚动接触疲劳裂纹与钢轨磨耗是同时发生，同时存在，保持关联和影响的，因此，两者的发生发展必须同等对待、同时考虑，将钢轨的疲劳裂纹萌生和磨耗的共存关系统一起来考虑是研究新时代条件下钢轨伤损控制和养护维修的关键。
研究钢轨的疲劳裂纹萌生和磨耗的共存发展方法，重要的方面就是方法的完善和现场的检验，目前对该方法的研究主要基于仿真预测、现场孤立的观测。本文结合典型的普速铁路——京九线铁路的钢轨表面疲劳裂纹和磨耗的特点，采用理论分析、数值模拟、系统的现场试验等研究方法，建立钢轨疲劳裂纹萌生-磨耗共存发展模型预测裂纹萌生寿命和相应的磨耗发展率，并与京九线现场观测结果进行对比分析，检验该模型在预测钢轨磨耗与裂纹萌生方面的可行性，得到钢轨磨耗和疲劳裂纹萌生的关系，为钢轨打磨等养护维修作业提供参考依据。
研究结果发现：
1.钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展的预测方法将钢轨疲劳裂纹萌生与磨耗共存的连续过程离散化，分为两个子阶段：疲劳-磨耗独立发展阶段和疲劳累积-型面替换阶段，将轮轨滚滑接触关系、磨耗和型面发展、疲劳损伤累积、裂纹萌生寿命和位置预测统一起来，可以同时分析磨耗发展、疲劳累积和裂纹萌生，对裂纹萌生寿命、位置、材料疲劳累积过程、磨耗发展率和磨耗量、钢轨型面变化有量化分析。通过仿真结果和现场试验结果的对比，该方法的结果与现场结果吻合，可以用于现场条件下钢轨裂纹萌生和磨耗的预测。
2.对京九线典型区段钢轨疲劳裂纹萌生及磨耗进行了仿真计算，主要发现：相比标准60kg/m钢轨廓形，60N廓形法向力和切向力均较大，会使得钢轨材料更容易发生疲劳和磨耗，裂纹萌生会更早；轨头Mises应力极值随磨耗的发展呈增加趋势，应力极值点的位置在距轨顶中心17~20mm，钢轨表面下2~3mm；随着曲线半径的增大，阶段磨耗发展率和平均磨耗发展率呈降低趋势，但磨耗量仍然呈增加趋势；由于磨耗和型面变化的影响，钢轨的疲劳损伤呈非线性发展的趋势；曲线钢轨裂纹萌生寿命随半径的增加呈大幅度增加趋势；不同曲线半径下裂纹萌生位置，疲劳裂纹均萌生在钢轨表面以下1～3mm处，横向位置在距离轨顶中心约15～20mm范围内。
3.对京九线典型区段钢轨疲劳裂纹、表面硬度和磨耗进行了跟踪观测分析，主要发现：京九线曲线钢轨病害严重，上股侧磨和剥落掉块、下股垂磨和裂纹难以得到有效控制；打磨作业对曲线钢轨磨耗和裂纹发展具有比较明显的整治效果；钢轨表面裂纹主要出现于小半径曲线(600m)；采用裂纹深度线性发展趋势估算裂纹萌生寿命，得到600m半径曲线外轨裂纹萌生寿命大约为277700次，内轨裂纹萌生寿命约为389700次；打磨作业对轮轨频繁接触位置的加工硬化硬度有少量影响，打磨后随着车轮的作用，轮轨频繁接触位置的钢轨硬度又呈增加趋势；600m半径曲线内、外轨磨耗发展率0.014~0.018mm/(Mt?km/km)。
4.对比分析预测值和观测值，主要发现：硬度对裂纹萌生寿命有明显影响，硬度高的钢轨，裂纹萌生寿命较长，但裂纹萌生后到扩展阶段，硬度对裂纹扩展影响不明显；随着车轮通过次数增加，阶段磨耗发展率下降；同时，疲劳伤损增大。裂纹萌生寿命和平均磨耗发展率的预测值和观测值能较好吻合，钢轨裂纹萌生和磨耗共存方法可以用于现场条件下钢轨裂纹萌生和磨耗的预测。