钢轨高速电磁巡检下的涡流效应及补偿研究

摘要

目前高速铁路迅猛发展，而铁路铁轨的健康状况直接关系到行车的安全，所以能快速准确地实现对铁路铁轨的高速巡检成为当前的首要任务。由于涡流效应的存在，钢轨漏磁检测技术的巡检速度受到限制，本文以此为研究对象，展开研究工作。
　　本文首先介绍了目前铁路存在的问题及应用在铁路检测方面的几种常见无损检测技术，阐述了相关电磁无损检测技术的原理，并分析了高速漏磁下的速度效应及其根源—涡流效应。然后采用AnsoftMaxwell电磁场仿真软件，建立了两种三维瞬态高速电磁检测模型，分别为模型一、模型二。模型一中涡流效应影响比较小，用于在漏磁检测中减小涡流效应的影响；模型二中涡流效应影响较大，用于设计新的结构，以在高速条件下对涡流效应加以利用。
　　然后，根据两种模型，搭建了两种相对应的高速检测实验平台。针对现有的钢轨模型，采用两种检测平台分别对其进行检测。对平台一采集到的数据进行处理之后，针对缺陷的不同参数，提取相应特征值，建立RBF神经网络，用以消除涡流效应对缺陷检测和量化造成的影响。对建立的神经网络进行了测试和验证，证明了该算法在本系统中的准确性和可靠性。此外，对平台二采集到的数据进行处理，找到了评价缺陷深度和与钢轨走向夹角的参量，也验证了此模型仿真的正确性。
　　最后，在仿真研究和两种实验平台下的试验结果对比分析均发现：在速度大于30m/s时，受涡流效应的影响，模型一和平台一的检测灵敏度降低，而模型二和平台二的灵敏度随着速度的增大会提高。所以，本论文以30m/s的速度为分界线选取不同的实验平台，从而实现两种技术的互补。

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缩略词

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 常见的钢轨无损检测方法概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要内容

第二章 钢轨的漏磁检测技术与涡流检测技术的理论基础

2.1电磁学理论基础

2.2漏磁检测原理

2.3漏磁检测下速度效应的理论分析

2.4电磁检测的涡流效应

2.5涡流检测的基本理论推导

2.6高速电磁无损检测系统的组成

2.7本章小结

第三章 钢轨高速电磁无损检测涡流效应的建模

3.1有限元分析法

3.2 Ansoft Maxwell仿真软件

3.3钢轨高速电磁无损检测涡流效应仿真模型的建立

3.4本章小结

第四章 高速检测条件下对钢轨的涡流效应的仿真和研究

4.1高速漏磁检测信号的分析

4.2高速检测下不同模型的仿真及涡流效应对检测信号影响的分析

4.3高速下利用钢轨涡流效应检测模型的矩形裂纹仿真分析

4.4本章小结

第五章 钢轨高速电磁无损检测实验

5.1实验系统的搭建

5.2钢轨表面裂纹人工设计

5.3装置一的实验分析

5.4检测装置一中的缺陷定量分析技术

5.5装置二的实验分析

5.6本章小结

第六章 工作总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

读硕士学位期间主要成果