超聲導(dǎo)波在軌頭中缺陷檢測的有限元模擬研究.pdf

1、由于軌頭缺陷導(dǎo)致了許多鐵路事故，甚至發(fā)生列車脫軌的嚴(yán)重的后果。鐵路行業(yè)的一個主要挑戰(zhàn)是檢測軌頭的臨界表面缺陷。在這樣的背景下，常規(guī)的檢測方法已被證明不夠可靠的檢測出臨界表面缺陷。因此，本文的目的是建立一種方法對軌頭缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確性檢測。方法是使用低頻表面波掃描反射波檢測。本文對導(dǎo)波在軌頭厚度的鋼板與軌頭中的傳播特性，頻散曲線及缺陷檢測做了研究，具體工作如下:
　　首先闡述了導(dǎo)波檢測的國內(nèi)外現(xiàn)狀。介紹了導(dǎo)波的基本理論，研究導(dǎo)波在鋼板和

2、鋼軌中群速度的頻散曲線。
　　其次，闡述了使用ABAQUS數(shù)值模擬鋼板中的導(dǎo)波傳播基本過程，畫出了有限元數(shù)值模擬分析的流程圖，針對鋼板中導(dǎo)波傳播的有限元數(shù)值模擬仿真，簡單的闡述了各個步驟的內(nèi)容，特別是針對激勵選擇問題，選擇了漢寧窗函數(shù)信號，有效的提高了仿真結(jié)果的辨識度，為此后數(shù)值模擬分析的結(jié)論做準(zhǔn)備。
　　然后通過建立二維有限元模型，首先詳細(xì)的闡述了導(dǎo)波在鋼板中傳播數(shù)值模擬的具體參數(shù)，主要介紹網(wǎng)格劃分和時間步長確定。分析了導(dǎo)

3、波的頻散現(xiàn)象，主要分析了頻積厚在10MHz-mm左右范圍內(nèi)的仿真結(jié)果，分析頻散現(xiàn)象之后速度最快模態(tài)的群速度大小，并且對其大小與理論結(jié)果進(jìn)行對比，驗證有限元仿真的準(zhǔn)確性，鋼板模型中導(dǎo)波群速度相對誤差為0.66％，接著對有缺陷的鋼板進(jìn)行有限元仿真，利用導(dǎo)波在鋼板中傳播遇到缺陷的反射回波確定缺陷位置。仿真得到鋼板中缺陷位置結(jié)果與真實缺陷位置的準(zhǔn)確率達(dá)到0.54％。
　　最后通過建立三維有限元模型，首先分析導(dǎo)波在軌頭中傳播的頻散現(xiàn)象，突出

4、分析了頻率在20KHz時主要模態(tài)導(dǎo)波的群速度大小，并且與理論結(jié)果進(jìn)行對比，驗證三維有限元模型的準(zhǔn)確性，軌頭模型中導(dǎo)波群速度相對誤差為4.19％，最后對有臨界缺陷的軌頭模型進(jìn)行三維有限元仿真，利用導(dǎo)波在軌頭中傳播遇到缺陷的反射回波確定缺陷位置。仿真得到軌頭中缺陷位置結(jié)果與真實缺陷位置的準(zhǔn)確率為4.6％。并且進(jìn)行了軌頭模型中的頻率優(yōu)化選擇，在探究軌頭模型的傳播特性時選擇大于20kHz小于40kHz的中心頻率激勵信號進(jìn)行計算與觀察;當(dāng)在對有無