鋼軌軌底斜裂紋及焊縫的導(dǎo)波檢測(cè)方法研究.pdf

1、鋼軌是鐵路軌道的重要部件，隨著列車(chē)速度的提升和重載列車(chē)的開(kāi)行，對(duì)軌道的破壞不斷加劇，從而影響著行車(chē)安全。目前，鐵路鋼軌的檢測(cè)采用以縱波和橫波方法為主的鋼軌探傷車(chē)技術(shù),此技術(shù)只能對(duì)鋼軌的軌頭和軌腰及其伸展部位進(jìn)行檢測(cè)。由于鋼軌的截面呈“工”字型，軌底兩邊區(qū)域則無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。鋼軌軌底截面形狀結(jié)構(gòu)不規(guī)則，受力不均勻，一旦存在缺陷容易導(dǎo)致軌底斷裂威脅到行車(chē)安全，有必要研究出針對(duì)鋼軌軌底缺陷的無(wú)損檢測(cè)新方法。近年來(lái)，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在管道和板材的

2、長(zhǎng)距離檢測(cè)上得到廣泛應(yīng)用，與常規(guī)超聲波檢測(cè)方法相比，新型的超聲導(dǎo)波技術(shù)具有沿傳播路徑衰減小、傳播距離遠(yuǎn)、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。本文研究超聲導(dǎo)波在鋼軌軌底的傳播特性及在軌底上的散射特性，為線路鋼軌軌底的導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)研究提供理論依據(jù)和方法基礎(chǔ)。
　　本文采用有限元軟件建立鋼軌三維數(shù)值模型并模擬超聲導(dǎo)波在鋼軌軌底傳播,分析其導(dǎo)波傳播模態(tài)特征及頻散特性。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)相對(duì)比,研究其在軌底中存在有缺陷時(shí)的傳播特性和散射特性。通過(guò)軌底導(dǎo)波頻散曲線

3、中可以看出，鋼軌軌底存在橫向振動(dòng)模態(tài)、垂直振動(dòng)模態(tài)、縱向振動(dòng)模態(tài)三種導(dǎo)波模態(tài)，其中橫向振動(dòng)模態(tài)和垂直振動(dòng)模態(tài)雖然由眾多分導(dǎo)波組合而成，但呈現(xiàn)出良好的傳播特性，模態(tài)頻散小，適用于軌底檢測(cè)，而縱向振動(dòng)模態(tài)頻散特性大，不利于作為檢測(cè)模式波。
　　其次，通過(guò)應(yīng)用有限元軟件ABAQUS對(duì)鋼軌進(jìn)行模擬仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分別研究分析了不同激勵(lì)頻率和不同脈沖周期數(shù)對(duì)軌底的橫向振動(dòng)模態(tài)和垂直振動(dòng)模態(tài)導(dǎo)波傳播的影響，通過(guò)分析反射回波波形的波包寬度和回波

4、幅值，確定了合適的激勵(lì)頻率和脈沖周期數(shù)的選擇依據(jù)。
　　再其次，實(shí)驗(yàn)研究了軌底不同缺陷形狀及不同深度對(duì)缺陷導(dǎo)波反射回波的影響,結(jié)果表明缺陷回波幅值受到缺陷傾角的影響,因此進(jìn)一步對(duì)軌底不同角度斜裂紋進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)的數(shù)值模擬，通過(guò)不同角度斜裂紋缺陷回波的反射和透射系數(shù)關(guān)系分析斜裂紋角度對(duì)斜裂紋缺陷反射回波幅值和透射波幅值的影響。為了驗(yàn)證有限元數(shù)值模擬的正確性,設(shè)計(jì)加工了一組試樣對(duì)鋼軌軌底不同角度斜裂紋進(jìn)行了導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

5、軌底斜裂紋角度對(duì)斜裂紋缺陷反射回波幅值的影響與數(shù)值模擬結(jié)果符合，橫向振動(dòng)模態(tài)比垂直振動(dòng)模態(tài)更適合。
　　最后，通過(guò)導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)分析了導(dǎo)波對(duì)軌底鋁熱焊縫中缺陷檢測(cè)的可行性，對(duì)鋼軌軌底鋁熱焊縫的導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然軌底鋁熱焊縫的余高會(huì)反射回波，但當(dāng)焊縫中存在缺陷時(shí)，其導(dǎo)波反射回波具有與余高不同的信號(hào)頻譜特征， 而且采用橫向振動(dòng)模態(tài)軌底導(dǎo)波比垂直振動(dòng)模態(tài)導(dǎo)波更容易檢測(cè)出焊縫中的缺陷，這些工作為實(shí)際鐵路鋼軌軌底鋁熱焊焊縫的