基于超声导波的钢轨裂纹检测方法研究

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 钢轨裂纹检测方法研究现状

1.2.2 超声导波检测技术研究现状

1.2.3 基于超声导波的钢轨裂纹检测方法的关键理论问题

1.3 论文主要内容及章节安排

2 钢轨中超声导波的传播特性

2.1 导波的基本特性

2.1.1 体波和导波概述

2.1.2 导波的速度和模态

2.1.3 导波的频散现象

2.2 基于三维有限元方法的导波特性及振动响应分析

2.2.1 钢轨有限元分析的基础理论

2.2.2 钢轨的建模与三维网格的划分方法

2.2.3 钢轨中导波模态的频散特性分析

2.2.4 钢轨的振动响应分析

2.3 基于半解析有限元方法的导波特性及振动响应分析

2.3.1 钢轨中超声导波频散曲线的求解

2.3.2 导波模态的振型分析

2.3.3 钢轨的振动响应分析

2.4 钢轨的振动响应计算方法的对比分析

2.4.1 振动响应计算结果的对比分析

2.4.2 振动响应求解效率的对比分析

2.5 本章小结

3 裂纹检测模态选取方法

3.1 导波模态的裂纹敏感度评价方法

3.1.1 模态裂纹区域能量评价指标

3.1.2 模态裂纹反射强度评价指标

3.2 不同类型裂纹对模态的作用机理分析

3.2.1 轨头横向裂纹检测模态

3.2.2 轨腰纵向裂纹检测模态

3.2.3 轨底侧面垂向裂纹检测模态

3.2.4 作用机理分析小结

3.3 裂纹敏感度评价方法的改进与优化

3.3.1 裂纹检测的误差分析与修正

3.3.2 基于导波模态非频散特性评价指标的改进方法

3.3.3 全断面典型类型裂纹的检测模态的选取

3.4 本章小结

4 任意导波模态的激励模式优化方法

4.1 钢轨中导波模态的图像表示方法

4.1.1 钢轨图像的表示方法

4.1.2 模态振型的 RGB图像转换方法

4.2 图形化模态分析方法

4.2.1 基于 K-Means 聚类算法的导波模态分类方法

4.2.2 导波模态的激励方法

4.2.3 模态激励的数值仿真验证

4.3 目标模态的最优激励模式

4.3.1 轨头区域裂纹检测模态的激励

4.3.2 轨腰区域裂纹检查模态的激励

4.3.3 轨底区域裂纹检测模态的激励

4.3.4 全断面裂纹检测模态最优激励模式小结

4.4 本章小结

5 基于单一模态提取算法的钢轨裂纹检测与定位方法

5.1 钢轨导波模态辨识方法的可行性分析

5.1.1 基于时域信号的模态辨识方法

5.1.2 基于二维傅里叶变换的模态辨识方法

5.1.3 基于连续小波变换的模态辨识方法

5.1.4 基于希尔伯特－黄变换的模态辨识方法

5.2 裂纹的检测及定位方法

5.2.1 基于激励响应逆变换的模态定量辨识方法

5.2.2 钢轨中导波的单一模态提取算法

5.2.3 钢轨裂纹的检测及定位方法

5.3 仿真与实验验证

5.3.1 钢轨裂纹检测数值仿真分析

5.3.2 短钢轨裂纹检测实验验证

5.3.3 钢轨焊缝对裂纹检测的影响分析

5.3.4 扣件对裂纹检测的影响分析

5.3.5 长钢轨裂纹检测实验验证

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

独创性声明

学位论文数据集