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摘要：道岔钢轨疲劳裂纹扩展的2.5维近场动力学计算方法及系统，包括：构建车辆‑道岔耦合系统动力学模型，获取轮轨接触作用信息；构建2.5维道岔钢轨模型，对2.5维道岔钢轨模型进行质点离散，生成质点和质点间的连接键；预设连接键断开条件，根据预设的连接键断开条件断开连接键；计算断开的连接键的质点损伤指数与荷载循环次数，质点损伤指数与荷载循环次数用于评价裂纹扩展。本发明准确模拟尖轨实际位移约束情况与车轮滚动荷载情况，更加符合实际；进一步，对裂纹面两侧质点施加附加约束作用，能从二维角度模拟三维空间中裂纹纵向两端对裂纹面沿横向张开时的约束，相较于建立三维模型，大大提高了计算效率，同时保证了计算精度。

主权项：1.一种道岔钢轨疲劳裂纹扩展的2.5维近场动力学计算方法，其特征在于，包括：构建车辆-道岔耦合系统动力学模型，利用所述车辆-道岔耦合系统动力学模型获取轮轨接触作用信息；根据所述轮轨接触作用信息，构建2.5维道岔钢轨模型，对所述2.5维道岔钢轨模型进行质点离散，生成质点和质点间的连接键；根据预设的连接键断开条件断开连接键；计算所述断开的连接键的质点损伤指数与荷载循环次数，所述质点损伤指数与荷载循环次数用于评价裂纹扩展；其中，所述连接键断开条件包括满足第一断开条件或第二断开条件；所述第一断开条件包括所述连接键的伸长率大于临界伸长率；计算所述连接键的伸长率包括：预设位移约束和荷载边界条件，利用所述2.5维道岔钢轨模型，计算质点位移和连接键的伸长率；所述第二断开条件包括所述连接键的剩余寿命为零；计算所述连接键的剩余寿命包括：预设道岔钢轨材料的连接键疲劳失效参数，并根据所述连接键的伸长率，计算连接键的剩余寿命；所述根据所述轮轨接触作用信息，构建2.5维道岔钢轨模型，对所述2.5维道岔钢轨模型进行质点离散，生成质点和质点间的连接键还包括：设置初始裂纹，将经过初始裂纹区域的连接键断开；计算裂纹面闭合时施加的相互作用力和裂纹面张开时施加的相互作用力，利用所述裂纹面闭合时施加的相互作用力和裂纹面张开时施加的相互作用力构建所述2.5维道岔钢轨模型； 其中，fsh为裂纹面闭合时施加的相互作用力，fcf为裂纹面张开时施加的相互作用力，ξ是物体变形前的相对位置矢量，η是物体变形过程中的相对位移矢量，ξ+η是物体变形后的相对位置矢量，l为模型厚度，δ为近场尺寸，Δx为离散尺寸，EI为尖轨材料抗弯刚度，b0为初始裂纹沿线路纵向宽度；预设位移约束和荷载边界条件，利用所述2.5维道岔钢轨模型，计算质点位移和连接键的伸长率包括：对所述2.5维道岔钢轨模型底部施加垂向位移约束；对所述2.5维道岔钢轨模型尖轨与基本轨贴靠区域施加横向位移约束；计算质点所受应力： 其中，a为接触斑长半轴，取6.915mm；b为接触斑短半轴，取2.63mm；其中，v为车辆行驶速度，t0为接触斑完整通过所述2.5维道岔钢轨模型所需时间；P为轮轨接触垂向力；t表示0～t0中的任一时刻,σnx,t中n表示受力质点个数，x表示受力质点沿线路横向相对于椭圆接触斑中心的位置坐标,并且受力质点的位置坐标与接触斑短轴的关系满足：-bxb；根据所述质点所受应力，利用牛顿第二定律与常规态型近场动力学理论，计算经过时间步长Δt时的质点位移，其中， 其中，E为材料的弹性模量，ρ为材料密度，Δx为离散尺寸；根据所述经过时间步长Δt时的质点位移，计算经过时间步长Δt时的连接键的伸长率； 其中，s为连接键的伸长率，ξ是物体变形前的相对位置矢量，ξ+η是物体变形后的相对位置矢量；循环上述步骤至满足终止计算条件；预设道岔钢轨材料的连接键疲劳失效参数，并根据所述连接键的伸长率，计算连接键的剩余寿命； 其中，ε为键伸长率的变化值，smax为最大载荷对应的键伸长率，smin为为最小载荷对应的键伸长率，N为总的荷载循环次数，λ为连接键的剩余寿命，A和M为连接键的疲劳失效参数。

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