钢轨应力检测中超声导波模态选取方法研究.pdf

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1、第35卷第11期仪器仪表学报V_01．35No．112014年11月ChineseJournalofScientificInstrumentNOV．2014钢轨应力检测中超声导波模态选取方法研究水许西宁一，叶阳升，江成，余祖俊，柯在田f1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所北京100081；2．北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044)摘要：钢轨横截面形状复杂，其内部可传播的导波模态数量众多，为了选取适于检测钢轨内部温度应力的模态，本文提出了一种导波模态选取的指标模型。该模型基于频率、应力敏感度、振型、激励位置偏离度、模态可辨识度

2、五个因子构建，通过分别求解五个因子的数值，综合得到模型的计算结果，最终选取了计算结果数值最大、其值为0．88的导波模态。经实验室和西宝高速铁路现场测试，本文提出的指标模型，能快速、准确选取适于应力检测的导波模态，所选取的模态对应力敏感，在应力变化137MPa时，其群速度变化值达到2．2m／s，该模态激励方式简单，易于控制，传播距离超过1km，适用于无缝线路钢轨长距离平均温度应力的在线监测。关键词：超声导波；指标模型；频散曲线；应力敏感度；激励响应中图分类号：TB553TH878文献标识码：A国家标准学科分类代码：140．20Researc

3、honmethodformodeselectionofguidedultrasonicwavesinstressmeasurementofrailsXuXining一，YeYangsheng，JiangCheng，YuZujun，KeZaitian(J．RailwayEngineeringResearchInstitute，ChinaAcademyofRailwaySciences，Beijing100081，China；2．SchoolofMechanical，ElectronicandControlEngineering，Beijin

4、gJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract：Therailcross·sectionhasacomplexgeometrywithoneve~icalaxisofsymmetry，SOthedispersioncurvesofguidedultrasonicwavesintherailareverycomplex．Inordertoselectanoptimalguidedwavemodeforstressmeasurementofrails，anindicatormodelispro

5、posedbasedonfrequency，stresssensitivity，modeofvibration，excitingpositionandthemodeidentificationthosefivefactors．Bysolvingthevalueofthefivefactors，theintegratedresultsofthemodelcanbeobtained．Theguidedwavemodeofthemaximumcalculatedvalue(0．88)isfinallyselected．Bylaboratorya

6、ndfieldtestinginXi’an-Baojihigh-speedrailway，theguidedwavemodesuitableforstresstestingcanbeselectedquicklyandaccuratelybythisindicatormode1．Thismodeissensi—tivetostress．itsgroupvelocityvaluechanges2．2rrgswhenstresschanges137MPa．Ithaslongpropagationdistanceuptolkm．Thismode

7、iseasytoexciteandused，itisverysuitableforstressmonitoringincontinuousweldedrails．Keywords：ultrasonicguidedwave；indicatormodel；dispersioncurves；stresssensitivity；excitingandresponse克定律计算可知，长钢轨的温度相对于锁定轨温每引言变化1℃，钢轨固定区内纵向应力变化约为2．5MPa。目前我国高速铁路均采用无缝线路这种新型轨当钢轨温度变化幅度很大时，在钢轨内部将产生很

8、道结构，其总里程已突破1万公里。由于无缝线路轨大的温度应力[”，直接影响轨道交通的运行安全。在缝的消失，钢轨无法在温度改变时自由伸缩。根据虎无缝线路的固定区，钢轨在温度变化时位移不变而收稿日期