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基于兰姆波的城轨列车转向架构架损伤成像及定位技术研究
| 论文题名： | 基于兰姆波的城轨列车转向架构架损伤成像及定位技术研究 |
| 关键词： | 城市轨道列车;转向架构架;损伤成像;损伤定位;兰姆波 |
| 摘要： | 城轨列车具有运载能力强、资源利用节约、运行速度快等特点，是城市出行的重要交通工具。列车转向架构架承受着来自多方向复杂频次和周期的应力载荷，其不规则几何形状和焊接接头容易导致局部动态应力集中，造成损伤甚至断裂情况。目前，转向架构架损伤探测主要根据长时间累计的运行里程安排无损检测，难以在检修周期之间及时发现损伤，存在较大的风险隐患。兰姆波对结构初期轻微损伤敏感，监测过程无需进行结构拆解，是损伤监测的有效方式，所以将兰姆波引入列车转向架构架损伤监测。本文的研究工作主要包括： （1）研究了兰姆波传播特性及激励参数选择。研究了不同材料参数和边界情况对兰姆波信号的传播影响。利用MATLAB求解了钢结构中兰姆波频散曲线，确定兰姆波激励方式、传感器种类、传感器网络布置形式、信号中心频率、信号增益等激励参数。 （2）改进了基于信号相关系数的有参考损伤成像算法。根据传感器之间、传感器与结构边界的距离以及兰姆波各模态在待测材料中的波速，自动计算出接收传感器接收到的有效信号段，利用提取出的有效信号段减少无关数据的干扰；引入统计学概念，提出新的相关性系数计算方式；借鉴能量谱相关性减小对外界环境条件的依赖程度；引进图像增强因子和损伤阈值提高损伤对比度，减小定位范围。 （3）提出了基于信号相关系数的无参考损伤成像方法。该方法基于等距激励—接收路径对之间的信号相关系数确定结构中的健康路径，不需要事先获取结构未产生损伤时的参考数据。通过互相求解等距离响应信号相关程度筛选出参考信号路径，以未产生或远离损伤的信号传输路径用作该传输距离上的基准信号，再借助存在损伤的信号路径与无损传播路径信号求解损伤存在概率。 （4）提出了基于信号飞行时间的混合定位算法。兰姆波在待测结构中传播时遇到损伤产生的时间延迟现象，结合椭圆定位和双曲线定位几何关系设计了一种混合定位算法。该方法能充分利用各传播路径信号到达时间，从而提高对数据的利用率。同时设计了无参考状态下散射波信号计算方法，实现了有参考和无参考两种情形下的混合定位，减小了对结构条件的依赖，扩大了应用范围。 最后，通过对转向架构架损伤实例的研究，实地验证了设计的基于兰姆波的转向架构架损伤成像及定位算法，为城轨列车转向架构架损伤成像及定位技术研究提供参考。 |
| 作者： | 郝强 |
| 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： | 2019 |
| 正文语种： | 中文 |
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