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超声导波在钢轨中衰减特性的研究
| 论文题名： | 超声导波在钢轨中衰减特性的研究 |
| 关键词： | 钢轨检测;超声导波;传播距离;衰减特性 |
| 摘要： | 随着高速铁路的迅速发展，无缝线路得到了广泛地应用，对钢轨断裂状态检测的实时性、检测效率等提出了新要求，现有的检测方法不能够满足检测要求。超声导波可以在钢轨中良好地长距离传播，能够覆盖钢轨的整个横截面，且不受电气参数影响，非常适合用于长距离的钢轨断裂状态检测。但是当超声导波用于钢轨状态检测时，具有多模态、频散、衰减等特性，这都将影响检测时超声导波信号的判断与识别，因此研究超声导波的传播特性具有重要的意义。大量的实验发现，超声导波在钢轨中传播时有较大地衰减，其中不仅与传播距离有关，还与外部环境因素如温度、湿度等有关，不利于超声导波进行长距离的钢轨断裂状态检测。所以，本文主要从传播距离、温度两方面重点研究超声导波在钢轨中传播时的衰减特性。 采用特征频率法通过ABAQUS/Standard分析模块对0～5000Hz频率范围内的钢轨中导波频散特性进行研究，研究发现钢轨中主要存在水平弯曲、垂直弯曲、扭转、延伸等典型振动模态，并绘制了相速度频激曲线与半解析有限元法求解的频散曲线对比·致。本文主要使用ABAQUS/Explicit分析模块进行超声导波衰减特性仿真，选用汉宁窗调制的单音频信号作为超声导波激励信号，通过实验验证的方法，对超声导波在钢轨中传播时的衰减特性进行了较为详细地研究。对比仿真结果与实验结果发现，二者基本一致，从而有效地验证了所建模型的正确性。 研究发现，在钢轨中传播时超声导波信号的峰峰值大小随传播距离的增长呈指数形式衰减，并得出超声导波信号峰峰值大小与距离变化的函数关系；在传播距离及激励形式一定的前提下，激励信号频率在20kHz和35kHz时超声导波信号在钢轨中的衰减较小；在。定温度范围内和传播距离不变的前提下，随着外部环境温度的升高，接收到的超声导波信号峰峰值越大，反之越小，并获得超声导波信号蜂峰值与外部环境温度变化的函数关系。鉴于超声导波在钢轨中传播时存在的衰减，对超声波传感器激励电路进行改进，发现改进后的激励电路能够有效地提高发射信号大小，从而有效地延长超声导波的传播距离，同时有利于检测时接收端信号的识别与判断。 |
| 作者： | 魏小源 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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