用于鋼軌軌底缺陷檢測的電磁超聲換能器設(shè)計.pdf

1、基于壓電超聲體波技術(shù)的鋼軌探傷設(shè)備被廣泛應(yīng)用于鋼軌的缺陷檢測工作中。受探頭安放位置和鋼軌特殊形狀的共同限制，現(xiàn)有鋼軌探傷設(shè)備的壓電探頭所發(fā)射出的超聲體波波束難以完全覆蓋鋼軌軌底。大部分軌底缺陷處于現(xiàn)有設(shè)備的檢測盲區(qū)之中，嚴(yán)重威脅列車行駛安全。近年來，應(yīng)用超聲導(dǎo)波進(jìn)行鋼軌缺陷檢測的研究不斷出現(xiàn)，但現(xiàn)有導(dǎo)波鋼軌缺陷檢測研究主要針對的是軌頭和軌腰缺陷，針對軌底缺陷的研究相對較少。并且，少數(shù)應(yīng)用超聲導(dǎo)波檢測軌底缺陷的研究幾乎全部應(yīng)用的是壓電超聲

2、技術(shù)，檢測效率受到耦合劑的嚴(yán)重限制。本文對基于電磁超聲導(dǎo)波的新型鋼軌軌底缺陷檢測技術(shù)開展了研究，設(shè)計了用于軌底缺陷檢測的電磁超聲換能器，無需耦合劑即可完成軌底缺陷的快速檢測，大大提高了檢測效率。
　　本文首先對電磁超聲導(dǎo)波檢測原理開展研究。分析了導(dǎo)波的形成機(jī)理，研究了導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散特性，介紹了超聲導(dǎo)波檢測中常用的反射法和透射法原理。給出了電磁超聲換能器基本結(jié)構(gòu)，對其工作機(jī)理進(jìn)行了理論分析。
　　對鋼軌軌底結(jié)構(gòu)的頻散特性進(jìn)

3、行研究。給出了有限元分析（FEA）方法分析波導(dǎo)結(jié)構(gòu)頻散特性的原理和詳細(xì)步驟，驗證了方法的有效性。通過建立鋼軌軌底結(jié)構(gòu)的有限元模型，使用有限元分析法對鋼軌軌底結(jié)構(gòu)的頻散特性進(jìn)行分析，得到了類 Rayleigh波在本文所研究的300~430kHz頻率范圍內(nèi)具有檢測軌底缺陷潛力的分析結(jié)果。
　　對電磁超聲導(dǎo)波軌底傳播特性進(jìn)行研究。應(yīng)用有限元時域仿真方法，模擬電磁超聲換能器激發(fā)的類 Rayleigh波在軌底結(jié)構(gòu)中的傳播過程。仿真結(jié)果表明類

4、 Rayleigh波振動能量集中于軌底缺陷主要發(fā)生區(qū)域，適合軌底缺陷檢測。通過研究換能器參數(shù)與工作點的對應(yīng)關(guān)系，仿真對比類 Rayleigh波頻散曲線上不同工作點的缺陷檢測效果，得到了300kHz類Rayleigh波對應(yīng)工作點R300相比于其他對照工作點檢測效果較優(yōu)的結(jié)論。
　　進(jìn)行了鋼軌軌底缺陷檢測實驗研究。模擬常見類型軌底缺陷，在鋼軌試件中加工了人工缺陷。設(shè)計了軌底缺陷檢測系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)測試了所設(shè)計的工作于 R300點的換能