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超声导波在钢轨中传播特性的仿真方法研究
| 论文题名： | 超声导波在钢轨中传播特性的仿真方法研究 |
| 关键词： | 超声导波;有限元;钢轨检测;传播特性;仿真方法 |
| 摘要： | 为保障行车安全，实时监测钢轨服役状态具有重要的意义。超声导波是指超声波在杆、管、板等结构的波导介质传播时，不断与介质的上下边界发生折射、反射及纵波一横波之间的波形转换作用而产生的波。超声导波具有检测频率相对较低、传播距离远、检测距离长等特点，因此特别适用于长距离检测领域，如管道检测、钢轨检测等。从这个意义上来说，超声导波是最有效的检测钢轨的方法。钢轨材料作为固体声传播弹性介质，具有良好的声导管特性。提取和分析钢轨中的超声导波信息，就可得到钢轨的信息，包括应力和缺陷等。 首先在平板中激发出了对称模态和反对称模态的超声导波（兰姆波），绘制了兰姆波频散曲线，结果与解析法求得的频散曲线取得一致，验证了有限元法仿真超声导波传播特性的可行性。在平板的基础上，进而研究超声导波在钢轨中的传播特性。 通过特征频率法绘制出了钢轨在0～5kHz的频散曲线。研究了不同频率的超声导波在钢轨中传播可能存在的模态。分析了钢轨扣件对超声导波的影响，分析了钢轨在不同应力状态时的振动响应曲线，得出通过超声导波波速来判断钢轨内部集中温度应力的结论，还分析了钢轨在断轨状态时的振动响应曲线，得出通过缺陷回波信号可判断断轨信息的结论。 选择了满足要求的换能器，研究了超声导波换能器与钢轨耦合的压电效应仿真，为所选换能器激发的超声导波在钢轨中的传播特性提供理论依据，并与实验结果进行对比验证。 |
| 作者： | 武琳 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱力强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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