题目：铁轨损伤力学分析及有限元模拟研究

本文从损伤力学方法出发结合有限元模拟，对铁轨损伤以及疲劳寿命预估方法进行了比较全面的探讨。全文共包括四个部分：

第一部分是对铁轨温度应力和稳定性的研究。铁轨所处环境的温度改变，会使铁轨内部产生很大的温度应力。利用有限元计算模型将其简化为杆模型、梁模型和三维实体模型在ANSYS中进行模拟计算。

第二部分是对列车脱轨问题进行研究。首先，对脱轨类型、机理以及脱轨评判准则进行介绍。然后，综合考虑列车在横风作用下、转弯处的外轨超高问题时，推导出列车的脱轨和倾覆临界条件。

第三部分是对损伤演化方程进行推导。首先，根据应变等效假设得到计及损伤耦合效应的单损伤变量情况下的本构关系，根据热力学原理，建立损伤驱动力表达式和损伤演化方程；其次，利用分离变量方法和守恒积分原理对损伤演化方程积分，得到构件在重复载荷作用下的应力与寿命的关系表达式，并根据标准试件的疲劳试验数据确定损伤演化方程中的材料参数；然后，利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发，建立了基于ANSYS软件的损伤力学—有限元数值解法；最后，对30CrMnSiNi2A钢棒材（轴向加载）的寿命预估进行算例验证，将前者的计算结果与试验结果进行对比，结果吻合较好。

第四部分是对铁轨损伤类型的研究。针对铁轨横向断裂、螺栓孔裂纹和剥离三种铁轨损伤类型，进行损伤力学分析和有限元模拟，研究其损伤机制和演化过程，进而进行寿命预估。同时，针对每种损伤类型的成因、影响因素和减缓措施进行分析讨论。

总之，本文的工作主要表现在为采用以损伤力学结合有限元模拟的方法来预估铁轨疲劳寿命，并对铁轨三种损伤类型进行分析，在很大程度上降低了抗疲劳设计对试验的依赖性以及对指导如何预防铁轨损伤、合理维修、更换铁轨具有重大意义。