基于Lamb波时间场法的裂纹检测技术及其在轨道交通中的应用

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近几年,轨道交通列车事故时常发生,威胁着人们的生命安全,甚至给国家、社会带来巨大损失。轨道交通系统中的转向架构架和钢轨都是非常重要的基础设施。转向架承载着整个车辆自身的重量还有乘客或者货物的重量,更是车辆沿轨道正常运行的走行部件。钢轨是铁路轨道的主要组成部件,在引导着车辆前进的同时承受着整个车辆的重量以及运行时巨大的冲击压力。如果转向架和钢轨中产生的裂纹不及时处理,可能会造成严重的行车安全事故。因此,本文针对轨道交通系统中的这两个重要部分,提出了基于Lamb波时间场法的裂纹无损检测方法,具体研究工作如下:(1)研究了Lamb波的基本原理,与时间场法相关的时距曲线原理,分析了表面波以及任意界面形状的反射波时距曲线,并对比分析了傅里叶变换、小波变换和希尔伯特变换三种信号处理方法;(2)基于ABAQUS软件,研究了转向架构架钢管主梁焊缝结构有限元仿真分析方法。建立了基于Lamb波的钢管主梁焊缝有限元仿真模型,分析Lamb波在结构中的传播以及反射波的特性。计算了信号中各模态的速度,验证了仿真值与理论值的一致性。在模型中模拟疲劳裂纹损伤,对比分析有损、无损信号,验证了Lamb波对钢管主梁焊缝结构进行损伤检测的有效性。(3)研究了基于Lamb波时间场法的损伤识别方法。首先分析了钢板的水平边界,获取Lamb波接收信号,根据时距曲线,用时间场法得到界面产状要素。然后模拟了倾斜损伤,获得倾斜损伤的产状要素,验证了时间场法的适用性。(4)提出了基于希尔伯特变换的时间场法。在钢管主梁焊缝结构以及钢轨的损伤检测实验中,模拟了不同类型的损伤,充分利用各路径Lamb波接收信号,用希尔伯特变换方法获取反射波能量峰值到达时刻,根据提出的时间场法实现损伤定位。图84幅,表17个,参考文献102篇。
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