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基于Lamb波的地铁转向架构架裂纹损伤识别及定位技术研究
| 论文题名： | 基于Lamb波的地铁转向架构架裂纹损伤识别及定位技术研究 |
| 关键词： | 地铁车辆;转向架构架;裂纹损伤;目标定位;Lamb波 |
| 摘要： | 地铁转向架在复杂的交变载荷作用下，其焊接处极易形成疲劳裂纹，如未能及时发现并诊断，将严重威胁列车运行的安全性和可靠性。现有应用于转向架检修中的无损检测技术仅为静态离线的检测，且漏检情况时有发生。兰姆波(Lamb)是超声波的一种，凭借其对结构初期损伤的高敏感度被广泛应用于裂纹损伤检测。故将Lamb波检测技术引入地铁转向架构架疲劳裂纹的实时监测中，不仅为传统的故障诊断提供了新的思路，也对预防事故发生、保障列车安全运行具有重大意义。 本文的研究内容及成果主要包括: (1)本文研究了基于Lamb波的钢板裂纹损伤识别方法。地铁转向架是由无数钢板焊接而成，因此本文以Q345型钢板为基础研究对象，优选出了适用于该材料的Lamb波激励信号波峰个数、激励电压以及中心频率。并将原始信号进行了经验模态分解，通过时域波形分析、频谱分析有效识别了钢板裂纹损伤，为实现地铁转向架构架裂纹损伤检测提供了可靠的理论依据。 (2)本文研究了基于Lamb波的钢板裂纹损伤定位技术。首先基于时间延迟的椭圆定位方法对钢板裂纹损伤进行了基础研究;其次，将Rayleigh-Lamb波动方程与经典板弯曲波散射模型进行结合，构建了钢板散射波模型，能够更好的描述Lamb波与钢板裂纹损伤之间的关系;此外，本文结合遗传算法对构建的散射波模型函数进行求解，将钢板结构损伤识别问题转化为优化问题，自适应的搜索出了裂纹损伤程度和位置。 (3)本文对地铁转向架构架焊缝水平、竖直、转角的裂纹损伤进行了实验研究。实验结果表明:主动Lamb波检测方法可以有效应用于地铁转向架构架裂纹损伤检测。在此基础上本文提出了反射波到达时间、反射信号IMF4频谱、透射信号瞬时幅值、透射信号IMF1频谱四个具有代表性的裂纹损伤程度定量分析和预测指标，具有较强的通用性;在定位技术方面，本文提出的钢板散射波模型识别结果比椭圆定位更为理想，对坐标和损伤半径的识别误差均在5mm以内。研究成果为最终实现地铁转向架构架裂纹损伤在途监测具有重要意义。 |
| 作者： | 吕姣姣 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 蔡国强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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