隨著國內(nèi)及國際鐵路網(wǎng)規(guī)劃與快速建設(shè),鐵路基礎(chǔ)建設(shè)安全監(jiān)測與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對于確保鐵路網(wǎng)運輸安全具有重大意義。現(xiàn)役傳統(tǒng)車載超聲檢測設(shè)備無法對鋼軌進行全尺寸覆蓋,尤其對于軌腰和軌底的損傷,從而導(dǎo)致漏檢、誤檢及無法正確評估。本文結(jié)合壓電超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù),研究鋼軌軌腰、軌底和關(guān)鍵部位的損傷監(jiān)測,實現(xiàn)對損傷的定位和定量分析。為了解決超聲導(dǎo)波在復(fù)雜鋼軌結(jié)構(gòu)中由于頻散現(xiàn)象造成的測量困難等問題,本文通過繪制鋼結(jié)構(gòu)的頻散曲線,從模態(tài)數(shù)量、模態(tài)混疊、串?dāng)_影響、模態(tài)衰減等角度考慮,結(jié)合有限元仿真方法分析了軌腰和軌底在不同激勵頻率和不同傳播距離下超聲導(dǎo)波的傳播特性,從中選擇出合適的監(jiān)測頻率和傳播距離,在此基礎(chǔ)下,搭建了相關(guān)實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了對軌底裂紋的長度的定量分析和軌腰區(qū)域損傷的定位成像,具體工作如下。建立了60軌和道岔尖軌的三維有限元仿真模型,分析軌腰中不同的激勵頻率及不同的檢測距離下,超聲導(dǎo)波的模態(tài)混疊對測量結(jié)果的影響,選擇適合軌腰損傷檢測的激勵頻率;在此基礎(chǔ)上,建立包含不同長度裂紋的三維仿真模型,進一步分析軌底的裂紋長度與其信號在時、頻域中互相關(guān)系數(shù)的關(guān)系。采用了基于WSN的鋼軌結(jié)構(gòu)健康...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼軌損傷檢測技術(shù)與儀器設(shè)備研究現(xiàn)狀
        1.2.2 超聲導(dǎo)波鋼軌檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排
第二章 鋼軌壓電超聲導(dǎo)波損傷監(jiān)測基本原理
    2.1 壓電雙向耦合理論及壓電傳感器選型
        2.1.1 壓電效應(yīng)
        2.1.2 壓電驅(qū)動與傳感
        2.1.3 壓電材料介紹
        2.1.4 PZT壓電陶瓷晶片選型
    2.2 超聲導(dǎo)波基本概念
        2.2.1 導(dǎo)波檢測基本原理
        2.2.2 群速度和相速度
        2.2.3 多模態(tài)和頻散特性
    2.3 鋼軌超聲導(dǎo)波頻散曲線
        2.3.1 Lamb波頻散方程
    2.4 ANSYS有限元軟件及求解過程
        2.4.1 ANSYS有限元軟件介紹
        2.4.2 ANSYS有限元基本求解過程
    2.5 基于WSN的鋼軌關(guān)鍵部位損傷監(jiān)測系統(tǒng)
        2.5.1 實驗系統(tǒng)介紹
        2.5.2 傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 鋼軌中超聲導(dǎo)波傳播特性的數(shù)值分析
    3.1 鋼軌和道岔有限元分析模型的建立
        3.1.1 三維模型的建立
        3.1.2 有限元網(wǎng)格單元尺寸和類型
        3.1.3 積分時間步長
        3.1.4 激勵信號選取
    3.2 激勵頻率及傳播距離選擇對導(dǎo)波傳播特性的影響
        3.2.1 激勵信號頻率對模態(tài)數(shù)量的影響
        3.2.2 模態(tài)間混疊的激勵頻率以及傳播距離的選擇
        3.2.3 信號串?dāng)_問題
    3.3 鋼軌軌腰區(qū)域不同激勵頻率以及傳播距離有限元分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 鋼軌關(guān)鍵部位損傷檢測數(shù)值仿真與實驗
    4.1道岔尖軌軌底不同長度縱向裂紋導(dǎo)波檢測數(shù)值仿真與實驗
        4.1.1 道岔尖軌軌底縱向裂紋數(shù)值仿真分析
        4.1.2 道岔尖軌軌底不同長度縱向裂紋導(dǎo)波檢測實驗
    4.2 鋼軌軌腰區(qū)域損傷監(jiān)測
        4.2.1 損傷概率成像算法
        4.2.2 損傷因子
        4.2.3 鋼軌軌腰區(qū)域監(jiān)測傳感陣列設(shè)計
        4.2.4 仿真損傷概率成像
        4.2.5 實驗?zāi)M損傷概率成像
    4.3 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3817464