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基于FBG的尖轨轨底损伤超声检测及实验研究
| 论文题名： | 基于FBG的尖轨轨底损伤超声检测及实验研究 |
| 关键词： | 铁路道岔;尖轨轨底;损伤检测;超声技术 |
| 摘要： | 道岔是列车转入或越过轨道时必要的设备，是铁路的重要组成部分。但是由于长时间承受列车载荷所带来的冲击力，道岔的尖轨部分通常容易被磨损和产生裂纹。然而，现有的道岔探伤设备无法对尖轨底部实现有效的监测。近年来，有学者利用超声导波对尖轨底部进行损伤检测，但所使用的压电式或者电磁式超声换能器存在结构复杂，易受电磁干扰等问题。由于FBG超声检测技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、易于组网等优势，本文进行基于FBG的尖轨轨底损伤超声检测及实验研究，主要研究内容如下: 1)首先对超声导波钢轨检测以及FBG超声检测研究现状进行了文献综合分析，发现现有检测技术的不足，结合FBG超声检测方法的优势，利用该方法进行道岔尖轨轨底的损伤检测。 2)通过ANSYS中瞬态动力学分析超声导波在钢板中的传播状态，模拟Lamb波在有裂纹损伤钢板中的传播特性，为使用FBG超声技术检测钢板裂纹损伤做了理论基础。通过SolidWorks建立道岔尖轨的模型，并在尖轨轨底和轨腰施加垂直模态50kHz的超声激励，结果表明该超声激励可以用于尖轨轨底的损伤检测。 3)在FBG超声检测中，超声传感器的设计是非常关键的因素，由于直接粘贴型FBG传感器的移动性比较差，本文设计了一款可移动式的FBG超声传感器，通过使用PDMS对FBG进行封装，以及小孔结构对FBG应变放大的作用，使用ANSYS对新型结构的性能进行有限元仿真分析。实验结果表明新型FBG超声传感器能够很好地感知超声波。 4)将FBG超声检测技术在钢板上进行实验，研究超声波模态、激励频率和裂纹宽度对FBG检测的影响，并验证了FBG超声检测技术在钢板损伤检测的可行性。在道岔尖轨轨底上进行了检测实验，验证了在60kHz的超声波作用下，FBG超声检测的方法能够实现道岔尖轨轨底的裂纹损伤检测。 最后对全文的研究情况进行总结，对实验过程中出现的不足进行分析，并对下一步的优化方案进行展望。 |
| 作者： | 相龙海 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 蒋奇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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