鐵路道岔尖軌及長心軌導波檢測技術研究.pdf

1、鐵路道岔尖軌（含長心軌）起著引導機車車輛轉線的重要作用，是影響工務設備安全的關鍵點之一。隨著我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，列車運行速度和運量也相應不斷提高，使得道岔尖軌損傷有不斷增多的趨勢，如何及早發(fā)現(xiàn)尖軌傷損、確保鐵路運輸安全，成為了鐵路無損檢測工作的新課題。導波檢測技術具有一處激發(fā)、大面積長距離檢測的優(yōu)勢，可實現(xiàn)結構健康監(jiān)控(SHM)，有望在鋼軌道岔尖軌部位（含長心軌）的無損檢測中發(fā)揮作用。
　　文章在總結導波經(jīng)典理論及實際應用情況

2、的基礎上，對導波檢測道岔的方法原理和可行性進行了研究。綜述了導波檢測技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對比了用于導波傳播機理分析的常用解析方法和數(shù)值方法，列舉了各種方法的特點、優(yōu)點及其局限性;分析了結構中導波的常用激發(fā)方法，討論了導波研究中熱度較高的小波變換、經(jīng)驗模態(tài)分解等時頻域信號處理技術;總結和分析了國內(nèi)外研究學者對鋼軌、道岔的超聲導波傳播特性的研究成果。
　　以Navier控制方程為基礎，將60型鋼軌（指60kg/m鋼軌，下同

3、）及道岔尖軌部位的軌底、軌腰、軌頭近似成不同厚度的平板波導，推導軌底、軌腰、軌頭中關鍵厚度下的對稱與反對稱模式的Rayleigh-Lamb頻散方程，并編程繪制關鍵厚度下的相速度頻散曲線、群速度頻散曲線、激發(fā)角曲線，研究鋼軌及道岔各部位的最佳蘭姆波激發(fā)頻率與激發(fā)角度。
　　運用有限元理論對導波在道岔中的傳播特性進行了研究:建立道岔局部長心軌三維實體模型和傷損模型，對道岔尖軌中的聲場進行有限元分析求解，研究導波的頻散關系及傳播特性。仿

4、真中選用瞬態(tài)動力學模塊，采用六面體單元，選擇漢寧窗調幅的正弦信號作為激勵源，分別得到了軌底激發(fā)和軌腰激發(fā)的波場快照，計算了缺陷回波時間，對缺陷進行精確定位。
　　基于偏振光干涉原理，搭建了彈性場動態(tài)光學成像系統(tǒng)，采用K9光學玻璃材料設計制作了道岔尖軌軌底及軌腰變截面光學試塊，研究了不同情況下激發(fā)的導波在試塊中的聲場，通過CCD拍攝試塊中導波的傳播，并通過計算機軟件對拍攝的圖像進行采集和分析，實現(xiàn)聲場的可視化。
　　建立了基于

5、脈沖激發(fā)和任意波形激發(fā)的兩套導波發(fā)射接收系統(tǒng)，研究了不同種類探頭、不同激發(fā)頻率及不同激發(fā)角度的探頭在道岔尖軌試塊中激發(fā)導波的傳播特性，在道岔尖軌及長心軌試塊中制作不同大小的人工缺陷，研究了導波檢測道岔缺陷的可行性。
　　對導波發(fā)射接收系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行時頻域信號處理，將小波包變換應用于信號的降噪處理過程，將小波包能量譜空間能量分布作為道岔缺陷的判斷依據(jù)，用小波時頻分析方法分析導波信號的瞬時頻率;將HHT時頻分析方法應用于導波信號