在列车车轮和钢轨表面，制造及使用过程中，存在着微米量级的微观表面粗糙度。与光滑平整的接触表面相比，有表面粗糙度的轮轨对接触表面和次表面的应力和应变的影响是不可忽视的。这主要是由于粗糙的接触表面存在不同程度的凹凸，凸出的表面发生了接触，而凹下的表面不发生接触，导致了表面接触压力的分布极不均匀。凸出部位承受了比较大的接触压力，使凸出部位材料的应力过大，进而使凸出部位材料进入塑性变形。

西安交通大学的学者在考虑轨道表面的微观粗糙度情况下，研究了U71Mn钢轨表面微裂纹的扩展问题。利用大型有限元程序ANSYS建立了具有表面微裂纹的轮轨接触二维有限元模型。在轮轨接触区引入接触单元模拟轮轨的接触，并在裂纹面上也引入了接触单元，模拟裂纹面的张开和闭合。在裂纹尖端引入了奇异单元，以研究裂尖应力强度因子，计算中考虑了钢轨材料的非线性和接触边界的非线性。通过计算，获得了轮轨接触压力分布，并获得了轮重为5和10t时，车轮滚动到不同位置处的钢轨表面微裂纹的裂尖应力强度因子。结果表明：在车轮碾压过程中，钢轨表面微裂纹只在接触斑边缘附近时才会张开，其他位置微裂纹是闭合的；随着轮重的增加，裂纹由复合型转为以Ⅰ型为主；5t轮重作用下钢轨表面微观裂纹不会扩展，而在10t轮重作用下钢轨表面微裂纹会发生扩展，但不会出现快速断裂。