1.一种考虑材料非均匀性的轮轨二维滚动接触力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于任意曲线可由一系列指数线段来逼近的事实，建立弹性模量为变量的钢轨表面非均匀层指数分层模型：，    （1）

其中，为弹性模量在z = ‑hi的真实值，i为对应的层数，i = 1, 2, ∙∙∙, N，λi为对应子层的指数系数，hi为第i层下表面到钢轨表面的距离；

步骤2：根据Fourier积分变换技术，确定平面应变状态下钢轨表面非均匀层在法向和切向作用下的传递矩阵和位移基本解：S21、非均匀层各子层的控制方程表达式；

建立钢轨非均匀层任一子层的平衡方程、几何方程和物理方程，并引进Airy应力函数φ(x, z)，得到每个子层的控制方程：  （2）

其中， 为非均匀层第i层弹性模量对z的导数；

S22、非均匀层各子层在变换域内的位移和应力分量表达式；

基于式(2)做关于x的Fourier变换得：   （3）

其中“”表示Fourier积分变换，υ为泊松比，s为积分变量，其解表示为：~

  （4）

其中，Aij为待定系数，j = 1,2,3,4；基于式(3)和式(4)，得到其特征方程为：  （5）

其中，δ2=υ/(1‑υ)，特征方程的解表示为：  （6）

非均匀层各子层在变换域内的位移和应力分量表示为：  （7）

其中，

  （8）

S23、钢轨基体在变换域内的位移和应力分量表达式；

同理，得到钢轨基体中变换域内的位移和应力表达式：  （9）

（10）

S24、非均匀层传递矩阵表达式；

根据各子层之间的边界条件，即各子层界面处应力和位移应保持连续性，应满足： （11）

同时在钢轨表面z = 0处，应该满足以下要求：  （12）

式(12)为递推公式，基于式(12)、式(10)和式(7)得到钢轨表面非均匀层的传递矩阵[M(s, z)]和系数{Ai}： （13）

 （14）

其中，

  （15）

其中， ；

S25、位移基本解表达式；

将系数{Ai}代入式(7)，并做Fourier逆变换，可得到在法向和切向作用力下钢轨表面沿z方向的位移函数：     （16）

其中， ；根据Goodman近似理论忽略切向力对法向接触的影响，式(16)简化为：

  （17）

步骤3：利用迭加原理和奇异积分方程技术，将轮轨二维滚动法向接触问题转化为第一类Cauchy积分方程组，然后通过Erdogan和Gupta数值计算方法求解该方程组得到轮轨二维法向接触力：S31、钢轨控制奇异方程表达式；

在接触区外的应力为零，接触斑内法向位移取决于车轮的形状；利用迭加原理，对式(17)进行积分，得到在法向作用力P下钢轨的表面位移为：（18）

基于式(18)，关于x求偏导得到钢轨的控制奇异方程：  （19）

其中， ；

S32、轮轨接触的控制方程表达式；

车轮假定为均质材料，得到车轮的控制奇异方程： （20）

S33、轮轨接触的控制方程表达式；

轮轨接触区域二维平面内，车轮假设为半径为R的圆弧，钢轨假设为直线；当车轮与钢轨相互接触时，控制方程为：  （21）

S34、静力平衡条件表达式；

  （22）

S35、轮轨法向接触力的求解；

根据Erdogan和Gupta提出的数值方法，假设发现接触力呈抛物线分布：  （23）

引入换元法，令 ，则式(21)和(22)转换为：  （24）

其中， ，k为f(ηl)在（‑1,1）间离散点的总数目；

方程组(24)共有k+2个方程，而未知数只有k+1个，取k为偶数，舍弃第r=k/2+1个方程，求解方程组，得到k个离散点，再进行插值，即得到任意位置的法向接触力；

步骤4：基于Coulomb摩擦定律和步骤3得到的轮轨二维滚动法向接触力求解轮轨二维滚动切向接触力：S41、切向接触力修正项表达式；

将接触斑分为黏着区和滑动区，滑动区内，切向力根据Coulomb摩擦定律进行求解，黏着区内因未达到极限值，需按照下式进行修正： （25）

其中，b为黏着区宽度，两弹性圆柱体之间在局部滑动下的中间黏着区切向力q՛(x)和修正项q՛՛(x)的表达式： （26）

S42、黏着区宽度的表达式；

为保证接触斑前沿位置应满足切向力方向与滑动速度方向相反，必须将q՛ ՛(x)的中心移动一个距离d = a‑b，以便其与接触斑前缘相邻近，保证接触斑前沿部分为黏着区，接触斑后沿部分为滑动区；黏着区的宽度可由法向力和切向力的大小共同决定：  （27）

其中，f为摩擦系数，Q为切向力；

S43、切向力的表达式；

基于步骤1、2、3的描述得到任意位置处的法向接触力q(x)，得到轮轨二维滚动切向接触力的最终表达式：  （28）

其中，q՛(x)为中间黏着区切向力，q՛՛(x)为修正项，d为修正项的偏移量，b为黏着区宽度。

2.根据权利要求1所述的一种考虑材料非均匀性的轮轨二维滚动接触力计算方法，其特征在于，所述钢轨表面非均匀层指数分层模型中，各子层的指数系数λi表示为：。