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原文传递钢轨应力超声波检测的前期研究

论文题名：	钢轨应力超声波检测的前期研究
关键词：	钢轨;应力检测;超声波检测;检测方法;超声检测;检测实验;纵向应力;检测系统;弹性模量;临界折射纵波;电磁声换能器;设计和制作;有限元法;有限尺寸;应力变化;无损检测;温度变化;铁路运输;探索研究;实验设备
摘要：	温度变化引起长钢轨的纵向应力对铁路运输危害很大，为了保证安全，铁路局人员要在适当的时候释放钢轨的纵向应力，但因为不能确定应力的大小和具体的位置造成巨大的人力物力的浪费。所以有效的钢轨应力检测方法研究成为急切的需要。超声检测因其对材料的无损检测优点被用于工业生产的多个领域，应力检测也是其中一部分。本实验室首次研究钢轨应力的超声波检测方法，本文是关于超声钢轨应力检测方法的前期研究工作。本文的主要内容包括：讨论超声检测应力的基本原理。超声检测钢轨应力是利用了弹性模量在弹性区域随应力的变化有大约0.1％的变化。在需要的精度范围内，可以认为弹性模量随应力变化是线性的。通过声速与弹性变量的关系，我们可以得到应力的变化与固定距离之间的声时变化的线性关系。最后说明了其它因素对钢轨应力的超声波检测的影响。对电磁声换能器(EMAT)进行探索研究。声双折射法和SH波法是钢轨应力检测的重要方法，它们都用到EMAT。由于国内对EMAT的研究很少，本文进行了对EMAT的探索性研究。其中讲述了EMAT的基本原理、介绍各种不同的EMAT以及设计和制作EMAT需要注意的地方。最后制作了简单的EMAT，并用该EMAT进行发射和接收的信号实验。讨论钢轨应力检测的临界折射纵波(LCR，critical reflected longitudinal)技术。先从理论上分析LCR波激发的原因，然后用有限元法分析LCR在钢轨中传播的声场分布，从理论和有限元结果得出结论，LCR波实际上是由有限尺寸的换能器的前后边缘激发的头波和在临界角入射的平面波激发的头波的合成。最后分析了用LCR波比用横波检测应力能获得更高灵敏度的原因。用LCR技术进行钢轨应力检测实验。因为我们制作的EMAT还不成熟，最后用LCR方法进行钢轨应力的超声波检测实验。其中详细地说明了实验设备的建立，其中包括整套超声应力检测系统，应力大小测量系统；分析检测系统在钢轨位置的应力检测结果，确定最佳位置。结果表明钢轨应力的超声波检测方法的可行性。本文论述的是对钢轨应力的超声波检测方法的前期研究工作，希望能为以后继续从事这一研究工作的人提供借鉴和帮助。
作者：	陈振宇
专业：	声学
导师：	王寅观
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学声学研究所
学位年度：	2003
正文语种：	中文