基于超聲導波的無縫線路鋼軌應力在線監(jiān)測技術(shù)應用基礎研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、我國高速鐵路及主要干線均大量采用全區(qū)間、跨區(qū)間超長無縫線路這種新型軌道結(jié)構(gòu),當鋼軌溫度變化幅度較大時,無縫線路長鋼軌內(nèi)部承受著巨大的溫度應力,直接影響軌道交通的運行安全。實時在線監(jiān)測高速鐵路無縫線路的內(nèi)部應力狀態(tài),在應力超限時及時預警,對于保障高速鐵路安全運營和提高我國無縫線路基礎設施檢測水平具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
  無縫線路內(nèi)部溫度應力檢測是一項世界性難題,針對現(xiàn)有不同檢測方法的各種問題,本文提出了基于超聲導波的無縫線路溫

2、度應力的檢測方法。超聲導波可以在波導介質(zhì)中傳播很長的距離,并能夠覆蓋整個被檢測物體的橫截面,檢測效率更高。超聲導波檢測無縫線路鋼軌內(nèi)部溫度應力是基于聲彈性原理,原理簡單,但由于超聲導波的傳播特性很復雜,如頻散特性、多模態(tài)等,這種方法應用于無縫線路應力檢測,仍有許多問題需要深入研究。首先要求解得到我國無縫線路鋼軌內(nèi)部超聲導波的頻散曲線,這是深入研究各模態(tài)振動規(guī)律的前提;其次,要在眾多的導波模態(tài)中選取適于應力檢測的導波模態(tài);最后,要研究導波

3、模態(tài)的激勵方法,激勵出選取的導波模態(tài)。
  針對以上問題,論文以我國無縫線路中的CHN60鋼軌為研究對象,對鋼軌內(nèi)不同模態(tài)的超聲導波進行了深入的理論分析和仿真實驗研究,主要創(chuàng)新工作包括:
  1.自主開發(fā)實現(xiàn)了半解析有限元算法,求解得到了CHN60鋼軌中超聲導波的頻散曲線通過傳統(tǒng)的有限元模態(tài)分析方法,無法求解得到鋼軌中超聲導波完整的頻散曲線。半解析有限元方法是國際上普遍采用的求解任意橫截面波導介質(zhì)中超聲導波頻散曲線的一種有效

4、方法,國內(nèi)還只能通過購買國外的半解析有限元軟件來進行相關(guān)的科研工作。通過查閱大量國際文獻,運用Matlab軟件工具,論文自主開發(fā)實現(xiàn)了半解析有限元算法。
  通過半解析有限元方法,論文求解得到了我國CHN60鋼軌中超聲導波的頻散曲線,結(jié)合振型分析、激勵響應分析和應力敏感度分析等多種方法,對超聲導波的各個模態(tài)進行了特性分析,掌握了我國無縫線路中超聲導波各模態(tài)的振動特性和傳播規(guī)律,為運用超聲導波技術(shù)實現(xiàn)我國無縫線路斷軌和應力的相關(guān)基礎

5、設施服役狀態(tài)檢測提供了理論參考依據(jù)。
  2.提出了選取最優(yōu)導波模態(tài)的指標模型基于頻率、應力敏感度、振型、激勵位置偏離度和模態(tài)辨識度這五個因子,論文首次提出了選取最優(yōu)導波模態(tài)的指標模型。通過該模型,可快速選取最適于我國高速鐵路無縫線路應力檢測的超聲導波模態(tài),實現(xiàn)了理論分析到工程應用的技術(shù)轉(zhuǎn)化。
  3.設計了最優(yōu)激勵位置定位算法根據(jù)各個超聲導波模態(tài)的振型特點,結(jié)合激勵響應分析結(jié)果,論文設計了最優(yōu)激勵位置定位算法。通過繪制導波

6、模態(tài)的三自由度位移變化曲線,基于統(tǒng)計規(guī)律濾除了較小的極值點,得到了各個導波模態(tài)的激勵位置特征點。通過該算法可快速定位特定導波模態(tài)的激勵點和激勵方向,大大節(jié)省了反復試驗的環(huán)節(jié),提高了工程化應用的效率。
  針對論文最終選取的超聲導波模態(tài)和確定的激勵位置,在西寶鐵路客運專線進行了實際線路測試,試驗結(jié)果表明,任意導波模態(tài)激勵位置定位算法,可以快速準確定位激勵位置和方向;根據(jù)指標模型所選取的模態(tài),激勵方式簡單,易于控制,便于現(xiàn)場安裝使用,

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