轮箍断裂是火车安全运行的最大威胁之一。分析轮箍断裂裂纹临界尺寸对解决和预防轮箍断裂问题具有重要意义。本文以组合式车轮的轮箍为研究对象,借助有限元分析轮箍在各种载荷下的应力及不同裂纹的应力强度因子,对各种条件下的裂纹临界尺寸进行预测。在分析多种单一载荷工况(热处理残余应力、压装应力、机械载荷、制动热负荷)下轮箍应力分布基础上,按照车轮从装配到服役所承受的载荷进行载荷工况叠加(热处理残余应力+压装应力、热处理残余应力+压装应力+机械载荷、热处理残余应力+压装应力+机械载荷+制动热负荷),从而得到各种载荷工况组合下轮箍的应力分布。研究中考虑了三种厚度的轮箍(90 mm厚度新制轮箍、40 mm磨耗轮、30 mm磨耗轮)的受力情况,分析了轮箍磨耗对应力分布的影响规律。在轮箍应力分析的基础上分别通过经验公式和FRANC3D软件计算出不同条件下的裂纹尖端的应力强度因子,研究了载荷工况、轮箍厚度、裂纹尺寸对应力强度因子的影响。通过比较裂纹尖端的应力强度因子和轮箍钢的断裂韧性来分析轮箍断裂的临界裂纹尺寸。结果发现,在所有可能的载荷工况中,轮箍压装产生的周向应力最为显著,因此压装应力为危害轮箍安全的主要载荷。对于A类裂纹:当轮箍磨耗至40 mm厚度时,在压装应力下,裂纹的临界尺寸为20×33.3 mm;在热处理残余应力和压装应力下,裂纹的临界尺寸为20×33.3 mm。对于B类型裂纹:在热处理残余应力和压装应力下,当轮箍磨耗至40 mm厚度时,裂纹的临界尺寸为10×25mm;当轮箍磨耗至30 mm厚度时,裂纹的临界尺寸为10×16.6 mm。由结果可以看出,当轮箍的磨耗厚度极限由30 mm提高至40 mm时,在热处理残余应力和压装应力下,裂纹的临界尺寸从10×16.6 mm增大为10×25mm,轮箍的安全得到明显提升。