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高铁轨道RCF电磁涡流检测电磁场仿真平台设计与实现
| 论文题名： | 高铁轨道RCF电磁涡流检测电磁场仿真平台设计与实现 |
| 关键词： | 高铁钢轨;电磁涡流无损检测;仿真平台;模块化设计 |
| 摘要： | 《国家综合立体交通网规划纲要》指出到2035年将建成20万公里长的铁路干线，解决我国交通运输发展不平衡不充分问题。钢轨作为铁路的重要组成部分，由于恶劣的运行工况和制造缺陷，在列车往复碾压下将会产生伤损；钢轨伤损对人民生命物质安全有潜在威胁，有必要对钢轨伤损进行检测分析。调研发现，目前钢轨伤损的检测多采用仿真计算，电涡流无损检测的正向解析求解较少；钢轨动态巡检时，动静区域的网格划分是一个难题；无损检测方法理论知识过于深奥，不利于钢轨伤损检测的操作使用和推广应用。 对此，本文基于.NET技术设计面向高铁钢轨接触疲劳裂纹的电磁涡流无损检测仿真评估平台，实现了电涡流无损检测技术对钢轨伤损正向解析求解和仿真求解；在动态和静态情形下，使用电涡流无损检测技术对钢轨伤损产生的磁场进行计算和显示；集成理论计算和简化数值建模过程，实现将该平台用于钢轨疲劳接触裂纹的检测方法研究中。本文的主要研究内容分为三部分： （1）钢轨伤损电涡流无损检测电磁场解析计算模块。分析钢轨伤损产生的机理，比较不同钢轨伤损缺陷模型的差异，求解得到不同钢轨伤损缺陷模型的解析表达式。利用Matlab数学软件将不同钢轨伤损缺陷模型的解析表达式编制成求解代码。在.NET框架下，联合C#可视化和Matlab数值计算能力强的优势，实现对不同钢轨伤损缺陷模型的可视化解析计算。 （2）高速钢轨疲劳缺陷电涡流无损检测2D仿真模块。探究在直流激励下，动生涡流检测技术对产生的钢轨伤损涡流分布影响。使用参数化建模的方法对二维仿真钢轨伤损的动态区域和静态区域进行划分，降低对用户专业性的要求。录制并修改2D数值求解脚本，考虑人机交互和模块化设计的原则，分别设计了几何建模、材料设置、运动设置和网格划分等界面，实现参数化仿真2D钢轨伤损下的磁场分布。并利用该平台研究了磁感应强度变化和裂纹深度与宽度的识别情况。 （3）高速钢轨疲劳缺陷电涡流无损检测3D仿真模块。钢轨伤损的二维模型无法还原实际工作中的3D钢轨模型，分析2D仿真和3D仿真的差异。采用数据库管理技术存储3D钢轨伤损仿真数据替代仿真求解过程，将求解数据按巡检速度和钢轨参数分表存储，解决3D仿真计算难度大，耗时长和数据存储和查询难等问题，对3D模型的仿真求解有重要的推广意义。 |
| 作者： | 李林峰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 于亚婷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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