超聲導(dǎo)波在鋼軌中衰減特性研究.pdf

1、隨著高速鐵路的快速發(fā)展，無(wú)縫鋼軌在鐵路上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是當(dāng)鋼軌實(shí)際溫度小于鎖定軌溫時(shí)，無(wú)縫鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力，極易發(fā)生斷軌。因此實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的無(wú)縫線路斷軌與裂縫檢測(cè)是確保高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)手段。由于超聲導(dǎo)波具有方向性好、不受電氣及電磁干擾、傳播距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，基于超聲導(dǎo)波的無(wú)縫線路斷軌在線監(jiān)測(cè)技術(shù)受到越來(lái)越大的關(guān)注。目前超聲導(dǎo)波無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)存在諸多問(wèn)題，一方面，由于鋼軌過(guò)孔和距離對(duì)超聲導(dǎo)波衰減的影響，鐵路現(xiàn)

2、場(chǎng)安裝斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)需要多次試驗(yàn)確定斷軌檢測(cè)區(qū)間，安裝過(guò)程繁瑣;另一方面，由于溫度、應(yīng)力等誘因?qū)Τ晫?dǎo)波衰減的影響，現(xiàn)有的無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在誤報(bào)率高的問(wèn)題。因此，需要對(duì)超聲導(dǎo)波在鋼軌中的衰減特性進(jìn)行研究，進(jìn)而指導(dǎo)斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝并降低其誤報(bào)率。本文借助ANSYS仿真與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合分別研究超聲導(dǎo)波在完整鋼軌和缺陷鋼軌中的衰減特性，提出了超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播的幅值表達(dá)式，對(duì)于無(wú)縫線路斷軌在線監(jiān)測(cè)技術(shù)有重要意義。

3、r>　　首先針對(duì)超聲導(dǎo)波的仿真方法進(jìn)行了研究。在ANSYS中建立了鋼軌有限元模型，并對(duì)仿真過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，通過(guò)理論推導(dǎo)出ANSYS中鋼軌的Rayleigh阻尼，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，驗(yàn)證了鋼軌Rayleigh阻尼的正確性。
　　其次使用控制變量法有規(guī)律地改變誘因條件，通過(guò)ANSYS仿真分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合分別研究了完整鋼軌中超聲導(dǎo)波衰減與溫度、距離、應(yīng)力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與ANSYS仿真結(jié)果較為吻合，確定了超聲導(dǎo)

4、波衰減與各誘因間的定量關(guān)系。
　　緊接著研究了超聲導(dǎo)波在缺陷鋼軌中的衰減特性，得到了超聲導(dǎo)波衰減與鋼軌過(guò)孔的定量關(guān)系。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究了缺陷鋼軌中超聲導(dǎo)波的反射規(guī)律，分析了發(fā)射與接收換能器分別位于軌頭、軌腰、軌底時(shí)，接收換能器是否可以接收到各孔的反射波，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下各孔的測(cè)量間距及誤差并進(jìn)行比較。
　　最后總結(jié)了超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播的幅值表達(dá)式，并在北京市環(huán)形鐵路試驗(yàn)線指導(dǎo)了無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)