基于超声导波的钢轨轨底无损检测技术的研究

发布时间：2022-01-14 04:24

　　随着轨道交通系统与铁路系统的发展,安全性必须处于首要考虑地位,钢轨探伤则是保障列车安全运行的必要环节。当前我国钢轨探伤基于传统的超声波检测技术,在钢轨轨底区域存在探伤盲区,容易造成漏探、误判。而超声导波无损检测技术具有检测距离长、全截面检测、检测效率高等优势,特别适用于细长型构件的检测,若能将其应用于钢轨探伤中,对保障铁路与轨道交通系统的安全运营以及提高基础设施检测水平具有重要的理论与现实意义。本文结合理论研究、数值仿真与实验研究对超声导波钢轨轨底无损检测技术中导波激发、传播、接收、信号处理的相对完整流程进行了研究。对超声导波在钢轨轨底中传播特性的研究是实现导波探伤的前提。本文利用半解析有限元法求解60kg/m制式钢轨的频散曲线;将不同区域钢轨类比为相应厚度的板,分析了板中兰姆波的传播特性,结合仿真与实验得出轨底特定激发方式下的导波模态与板中lamb波的反对称模式具有高度相似性;同时对轨底导波的传播进行了有限元仿真,直观呈现了导波在钢轨轨底的传播过程,优选了适合轨底导波探伤的频率范围与导波模态;考虑到现场扣件对轨底的约束,将扣件等效为弹簧单元,研究了扣件对轨底导波传播的影响。论文通过有... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

深圳地铁2030年线路规划图(来源于网络)

基于超声导波的钢轨轨底无损检测技术的研究2因此，由于铁路运输与城市轨道交通的性质与作用，安全性必须处于首要考虑地位，轨道系统重大事故一旦发生，都将造成财产损失、人员伤亡、环境破坏，以致带来不可估量的社会影响。尽管在列车安全和相关的铁路线路维护策略方面取得了长足的技术进步，但列车脱轨事故仍频频在世界各地发生。表1-1以及图1-2列举了近年来国内外发生的部分列车脱轨事故案例。表1-1近五年典型列车脱轨事故案例时间地点事故情况2020年3月5日法国英格奈姆地区列车脱轨，1名列车驾驶员严重受伤，另有20人受伤2020年2月20日澳大利亚墨尔本北部瓦兰镇列车翻覆，2人死亡，11人受伤2019年9月17日香港地铁东铁线红磡站附近12节列车断为两截呈T字形，8人受伤2018年10月21日台湾宜兰新马站附近18人死亡、190人受伤2016年11月20日印度北方邦布克拉杨地区全部车厢脱轨，120人死亡，226人受伤(a)香港地铁红磡站附近(b)台湾宜兰新马站附近图1-2列车出轨事故现场(来源于网络)除了设计、施工和人员操作不当之外，钢轨损伤导致的钢轨断裂也是列车出轨的重要诱因之一，据美国联邦调察局(FRA)统计，2000年至2010年间，由于钢轨断轨导致的事故总财产损失已超出100亿美元[1]。为了减少钢轨断轨的发生，减少列车事故发生的可能性，及时探明钢轨是否损伤是防止钢轨断裂的必要条件之一。

荷增大，从而大大增加了钢轨产生损伤以致发生故障的概率，当前传统的钢轨无损检测技术将面临巨大的挑战。因此，迫切需要发展探测钢轨损伤的新技术，以降低钢轨折断的风险和潜在的灾难性后果，提高轨道交通系统与铁路运营的安全系数，而提高钢轨损伤检测质量的根本，便是发展钢轨损伤检测技术。1.1.2钢轨损伤的类型钢轨是轨道结构中最重要组成部分，直接承受列车运行过程中的荷载作用，钢轨的性能与服役状态都将直接影响到轨道系统的安全性。钢轨的横断面为一左右对称的类工字型，从上到下分为轨头、轨腰、轨底三个区域，如图1-3所示，不同型号的钢轨其截面尺寸各有不同。图1-3钢轨断面分区示意图钢轨缺陷包括钢轨在生产制造中所遗存缺陷以及服役阶段中产生的缺陷两类[4]，值得注意的是，一般把服役阶段中产生的缺陷才称为钢轨损伤。钢轨损伤具体指钢轨在服役阶段发生断裂，产生裂纹以及其他缺陷，使得钢轨服役状态的性能受到限制。其中断裂可分


本文编号：3587803