基于超声体波的钢轨温度应力在线监测技术研究

摘要

随着高速、重载铁路的发展，无缝线路由于消除了钢轨接缝，极大的改善了轨道结构，减小了振动，而得到广泛应用。但正由于轨缝的消失，钢轨无法在温度改变时自由伸缩，因而在钢轨内部产生很大的温度应力，通常10℃的温度改变会使固定的钢轨产生24.3MPa的应力积累，温度很高时则容易出现胀轨、跑道，温度很低时则容易出现断轨，严重影响行车安全。因此，研究一种快捷、准确的钢轨温度应力检测方法以预防胀轨、断轨的发生，对确保铁路安全运营意义重大。本文重点研究了基于超声体波的钢轨纵向温度应力检测方法，并设计完成了基于声弹性原理，由超声体波换能器和高速多功能电路板组成的钢轨温度应力检测系统。
　　论文研究了超声体波在钢轨中的传播特性，讨论了超声体波法测量钢轨温度应力的理论基础——声弹性原理，设计完成了基于C8051F410的超声波发射和接收电路，实现了超声波的发射和两路超声信号的接收处理，通过编写相关程序，实现了两路超声信号声时差的精确读取和结果显示。最后，建立了基于超声体波的钢轨应力检测系统和应力试验平台，完成了系统标定和检测试验，并对实验结果做了对比、分析。
　　检测系统实现了基于超声体波的钢轨温度应力检测，测量误差在3.5MPa以内，试验结果验证了钢轨应力与超声波在钢轨内部传播速度近似线性的关系，证明了基于声弹性原理的正确性及检测系统的可行性;为课题的深入研究奠定了良好的基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外现有检测方法

1．2．2 课题研究方向与发展趋势

1．3 论文研究内容及章节安排

1．3．1 论文研究内容

1．3．2 论文章节安排

2 超声波应力检测原理与总体方案

2．1 声弹性原理

2．2 超声波应力检测方法

2．2．1 超声波的基本性质

2．2．2 超声体波的类型及在介质中的传播特性

2．2．3 超声波检测的技术特点及应用

2．2．4 超声体波和超声导波的对比

2．3 检测系统总体方案设计

2．4 本章小结

3 超声波换能器设计

3．1 超声波换能器的分类及设计

3．2 超声波换能器的固定

3．1 本章小结

4 高精度多功能电路设计

4．1 电路总体构成

4．2 超声波发射电路

4．3 超声波接收电路

4．3．1 滤波电路

4．3．2 放大电路

4．3．3 比较器电路

4．3．4 时间芯片电路

4．4 数码管显示电路

4．5 串口电路

4．6 中央处理单元(CPU)

4．7 电源设计

4．8 总体程序设计

4．9 时间芯片程序设计

4．10 数码管显示程序设计

4．11 本章小结

5 温度应力检测实验

5．1 试验平台的搭建

5．1．1 应力需求分析

5．1．2 应力施加及标定系统

5．2 系统标定及检测试验

5．2．1 系统标定

5．2．2 检测试验结果分析

5．3 本章小结

6 总结及展望

6．1 论文工作总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集