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基于COMSOL的钢轨超声导波传播模型与缺陷监测方法研究
| 论文题名： | 基于COMSOL的钢轨超声导波传播模型与缺陷监测方法研究 |
| 关键词： | 无损探伤;超声换能器;缺陷识别;数据处理;钢轨检测 |
| 摘要： | 伴随着铁路运输的高速发展，轨道维护成为焦点问题。国内外研究发现使用超声导波检测钢轨是目前首选的检测方法，其中钢轨的声波传播特性以及缺陷检测方法一直是近年来研究的热点。 本研究主要内容包括：⑴通过COMSOL有限元分析方法（Finite Element Method，FEM）建立简化钢轨模型验证超声导波理论，证明构建完整钢轨模型的可行性。为探明钢轨中声波传播特性的影响因素，首先通过创建压电声源模型来模拟声源的压电转换效率、位移量和入射角等因素对声波传播的影响。其次，文中结合自定义网格探究时域、频域和特征频率下的超声导波在钢轨中传播状态，从仿真结果中获得钢轨最佳的声源触发频率，并根据振动模态确定超声换能器最佳安装位置。文章引入多物理场分析热应力和空气域下的超声导波传播特性，并结合声-固耦合模块研究超声导波缺陷检测方法和相关的时域与频域特性。最后，文中根据仿真结果搭建APP，为实践提供实时性理论指导。⑵使用压电超声换能器代替点声源边界，使仿真结果更接近真实情况。文中结合多物理场的特点，通过热应力分析得到声波的幅值与温度曲线从而预测声波幅值的衰减特性；结合COMSOL声-固耦合模块，求解超声导波在空气域中的相关传播特性并提出了超声导波的缺陷检测方法。⑶缺陷检测的结论显示轨头处的半径大于15mm的球型缺陷采用频率大于40kHz的超声导波检测可以观察到明显的衰减；对于轨腰中心处半径小于6mm的球型缺陷，使用kHz级别的超声导波无法进行有效检测。 |
| 作者： | 赵恺 |
| 专业： | 电路与系统 |
| 导师： | 杨媛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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