1.一种轮轨滚动接触疲劳快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在安定图的基础上，引入饱和度的概念，并对其进行扩展得到扩展安定图；

步骤2、利用钢轨表面法向应力及切向应力分布，并采用势函数法求解稳态滚动条件下轮轨体内应力应变场分布；

步骤3、结合步骤1中的扩展安定图，选择适宜的疲劳模型，并基于临界平面法利用步骤

2获得的应力应变幅进行疲劳寿命预测；

在步骤1中，所述饱和度具体如下：

定义在同一坐标系中，纵向蠕滑力与切向牵引力的比值为饱和度，其具体表达式为：式中：u为饱和度，取值为0～1，饱和度为0时轮轨间接触状态为滚动状态，饱和度为1时轮轨间接触状态为全滑动状态；Fx为纵向蠕滑力；f为摩擦系数；Fn为总法向力；

所述步骤1具体如下：

基于Hertz接触理论和Carter二维滚动接触理论，求解轮轨接触界面应力应变场分布；

建立二维局部钢轨有限元模型，考虑八节点二次平面应变单元和平面应变无限元，在二维局部钢轨有限元模型中采用法向和切向应力分布在滚动方向上的平移来模拟循环滚动过程；基于有限元法使荷载于钢轨表面多次重复滚动计算得到应力应变曲线，并确定与之对应的轮轨材料响应，随后得到扩展后的安定图；

所述步骤2具体包括以下步骤：

(1)基于半空间假设建立载荷作用于半空间表面的固体模型，各向同性弹性半空间体由坐标系(x,y,z)表示，其中表面用z＝0来表示；所施加的法向载荷和切向载荷分布在曲面区域S内，在曲面区域S内荷载施加点S2(x2,y2,0)处分别施加载荷法向分量P1(x2,y2,0)，载荷切向分量P2(x2,y2,0)和P3(x2,y2,0)，其中，钢轨体内任意一点S1(x1,y1,z1)离荷载施加点S2(x2,y2,0)的距离为r，计算表达式如下：(2)对钢轨体内任意一点的弹性场进行求解时，定义势函数其表达式为：

式中，Ω和χ的表达式为：

Ω＝z1ln(r+z1)‑r

χ＝ln(r+z1)

并且这九个势函数还需要满足：

(m)

引入了辅助势函数ψ ，m＝0,1，其表达式如下：

(3)根据第(2)步中势函数及辅助势函数的定义，得到钢轨体内任意一点的弹性位移的计算公式，其计算表达式如下：式中，G为剪切弹性模量；υ为泊松比；

通过胡克定律得到相应的应力表达式为：

相应的应变由应力与弹性模量E或剪切弹性模量G的比值得到；

(4)以求得的某时刻下钢轨的最大应力应变值代替有限元法求得的最大应力应变幅值；

步骤3中，所述的疲劳模型包括适用于弹性安定的Fatemi‑Socie模型，适用于塑性安定的KBW模型以及适用于棘轮效应的Jiang‑Sehitoglu模型；

所述步骤3具体如下：

将基于势函数法所求得的钢轨应力应变场分布转化为应力张量σij，i,j＝1,2和应变张量εij，i,j＝1,2，并根据坐标轴旋转变换公式计算任意节点处任意斜面的应力张量σ′ij，i,j＝1,2和应变张量ε′ij，i,j＝1,2，其中，应力张量和应变张量的具体表达式分别为：其坐标变换矩阵为：

于是各张量之间的变换关系为：

根据一点应力状态，以1°为步长，对其进行张量坐标变换，求得该点任意二维斜面上的应力‑应变状态，并根据所选取的疲劳预测模型求得该斜面的疲劳损伤参量值，从而找到疲劳损伤参量最大值，再求得疲劳寿命预测值。

2.根据权利要求1所述的轮轨滚动接触疲劳快速预测方法，其特征在于，求解轮轨接触界面应力应变场分布时，先求得轮轨滚动接触斑半宽和接触斑内最大接触压力，其计算表达式如下：式中：R11和R22分别为车轮和钢轨的纵向曲率半径；E1和E2分别为车轮和钢轨的弹性模量；υ1和υ2分别为车轮和钢轨的泊松比；p0为最大接触压应力；a为接触斑半宽；Pz为横向单位长度上的法向接触力；

根据接触斑中粘着区和滑动区的划分及其切向力分布，得到粘滑区切向力的表示方程：式中：p1为粘滑区切向力；x1为横坐标变量；a1为粘着区半宽；x1′＝x1‑a+a1，s1为纵向蠕滑率，关于函数Sign(s1)的定义如下：计算得到不同摩擦系数、饱和度及稳态最大接触压力下的法向接触应力分布和切向接触应力分布。

3.根据权利要求2所述的轮轨滚动接触疲劳快速预测方法，其特征在于，所述Fatemi‑Socie模型的计算表达式及对应的疲劳寿命计算表达式如下：式中，C为疲劳损伤参量；n为材料参数，反映不同材料的法向应力对疲劳寿命影响的敏感程度，由相同材料开展单轴试验得到；Δγmax为最大剪切应变幅值；σn,max为最大剪切应变平面上的最大法向应力；σy为屈服应力；υe和υp分别为弹、塑性泊松比；σ′f和ε′f分别为疲劳强度系数和疲劳延性系数；b和c分别为疲劳强度指数和疲劳延性指数；E和Nf分别为弹性模量和疲劳寿命。

4.根据权利要求3所述的轮轨滚动接触疲劳快速预测方法，其特征在于，所述KBW模型的计算表达式及对应的疲劳寿命计算表达式如下：式中，Δγmax为最大剪切应变幅值；Δεn为最大剪切应变幅平面上的最大法向应变幅值；S为经验参数。

5.根据权利要求4所述的轮轨滚动接触疲劳快速预测方法，其特征在于，所述Jiang‑Sehitoglu模型的计算表达式及对应的疲劳寿命计算表达式如下：式中，FP为疲劳损伤参量；FPmax为疲劳损伤参量最大值；<>为MacCauley括号；σmax为裂纹萌生平面内的最大法向应力；Δε为裂纹萌生平面内的法向应变幅值；Δτ为裂纹萌生平面内的剪切应力幅值；Δγ为裂纹萌生平面内的剪切应变幅值；常数J由拉伸/扭转试验得出；

τ′f和γ′f分别为剪切疲劳强度系数和剪切疲劳延性系数。