無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法，首先采用傷損整體識別方法-曲率模態(tài)法確定傷損發(fā)生的區(qū)域，其次采用局部傷損檢測技術(shù)-沖擊回波法對傷損區(qū)域進(jìn)一步確定傷損深度，最后準(zhǔn)確定位傷損空間位置，即：1)在軌道板上布置一定間距的加速度傳感器，采用多點激勵多點采集的方式采集軌道板表面加速度，再進(jìn)行模態(tài)分析，識別出傷損的大致區(qū)域；2)在1)完成后，利用沖擊回波技術(shù)識別傷損深度，最終準(zhǔn)確定位傷損空間位置。本發(fā)明方法試驗操作簡便，檢測精度較高。
【專利說明】無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬鐵道路軌【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及高速鐵路無砟軌道傷損檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)型式有板式無砟軌道和雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，運營總里程已有上萬公里。無砟軌道以平順性好，穩(wěn)定性高，使用壽命長，耐久性好，維修工作少的特點而廣受親睞，但無砟軌道的軌道板、道床板、CA砂漿、支撐層等一直暴露在復(fù)雜的大氣環(huán)境中，常年承受水、溫度和列車荷載持續(xù)不斷的作用，同時，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在施工時由于施工環(huán)境、施工條件和施工技術(shù)等原因的限值，使得無砟軌道結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫、蜂窩、離縫、脫空等傷損，因此有必要探索一種無砟軌道傷損的檢測方法。目前，鐵路系統(tǒng)中用于檢測鋼軌、信號等的設(shè)備較多，而鮮有無砟軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的檢測設(shè)備。公路中應(yīng)用較多的探地雷達(dá)檢測設(shè)備在無砟軌道中由于受鋼筋的影響，不適合于無砟軌道傷損檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]基于無砟軌道傷損無損檢測方法和設(shè)備的不足，以及探地雷達(dá)在無砟軌道傷損檢測上的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。
[0005]無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法，首先采用傷損整體識別方法-曲率模態(tài)法確定傷損發(fā)生的區(qū)域，其次采用局部傷損檢測技術(shù)-沖擊回波法對傷損區(qū)域進(jìn)一步確定傷損深度，最后準(zhǔn)確定位傷損空間位置，即:1)在軌道板上布置一定間距的加速度傳感器，采用多點激勵多點采集的方式采集軌道板表面加速度，再進(jìn)行模態(tài)分析，識別出傷損的大致區(qū)域；2)在I)完成后，利用沖擊回波技術(shù)識別傷損深度，最終準(zhǔn)確定位傷損空間位置。
[0006]本發(fā)明采用多點激勵多點采集的方式采集軌道板表面加速度，再進(jìn)行模態(tài)分析，識別出傷損的大致區(qū)域，最后利用沖擊回波技術(shù)識別傷損深度，最終準(zhǔn)確定位傷損空間位置，方法試驗操作簡便，檢測精度較高。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0007]圖1本發(fā)明方法工作過程框圖。
[0008]圖2加速度傳感器安裝圖。。
[0009]圖3某一測點頻響函數(shù)。
[0010]圖4軌道板二階振型側(cè)視圖。
[0011]圖5軌道板二階振型三維圖。
[0012]圖6 —階高斯曲率模態(tài)-試驗結(jié)果。(a)圖表示根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)得到的高斯曲率；(b)圖表示在軌道板縱向每兩個測點中進(jìn)行線性差值來加密測點。
[0013]圖7 二階高斯曲率模態(tài)-試驗結(jié)果。[0014]圖8三階高斯曲率模態(tài)-試驗結(jié)果。
[0015]圖9 I號測點頻譜圖。
[0016]圖10 6號測點頻譜圖。
[0017]圖11 7號測點頻譜圖。
【具體實施方式】:
[0018]圖1表達(dá)了本發(fā)明方法工作過程，首先采用傷損整體識別方法-曲率模態(tài)法確定傷損發(fā)生的區(qū)域，其次采用局部傷損檢測技術(shù)-沖擊回波法對傷損區(qū)域進(jìn)一步確定傷損深度，最后準(zhǔn)確定位傷損空間位置，即:1)在軌道板上布置一定間距的加速度傳感器，采用多點激勵多點采集的方式采集軌道板表面加速度，再進(jìn)行模態(tài)分析，識別出傷損的大致區(qū)域；
2)在I)完成后，利用沖擊回波技術(shù)識別傷損深度，最終準(zhǔn)確定位傷損空間位置。
[0019]為了驗證高斯曲率識別無砟軌道傷損的準(zhǔn)確性，在室內(nèi)制作板式無砟軌道模型，長寬分別為Im和0.8m,其模型圖如圖2所示，100為被測無砟軌道板，200為加速度傳感器。在軌道板與支撐層之間設(shè)置脫空、離縫傷損，傷損范圍為0.4m*0.6m。信號采集系統(tǒng)采用無砟軌道傷損檢測整體傷損識別系統(tǒng)，由東華動態(tài)采集系統(tǒng)，加速度傳感器，力錘，計算機(jī)等組成，試驗開始前將軌道板支承與兩根木條之上，實現(xiàn)自由支承，并在軌道板上布置12個加速度傳感器，形成12個測點，測點縱向間距為0.2m，橫向間距為0.16m。采用單點激勵多點拾振的方法對軌道板進(jìn)行模態(tài)測試。
[0020]安裝完加速度傳感器后，接通測試系統(tǒng)，如圖2所示，連接各傳感器的信號采集線后開始模態(tài)測試。在測得軌道板加速度信號后，首先計算每個測點的頻響函數(shù)，計算時采用測力法計算，同時本試驗為單點激勵多點采集方式，以某一測點為例，計算得到的頻響函數(shù)如圖3所示。計算頻響函數(shù)后通過模態(tài)分析軟件計算無砟軌道系統(tǒng)固有頻率和振型。
[0021]計算出軌道系統(tǒng)前幾階固有頻率和振型之后，在模態(tài)分析軟件中建立測試結(jié)構(gòu)模型，將計算結(jié)果賦予結(jié)構(gòu)模型，得出軌道板結(jié)構(gòu)模型的二階振型如圖4和圖5所示。
[0022]通過模態(tài)計算分析之后，可以得到每個測點在某一階模態(tài)下的振型位移，采用中心差分法計算軌道板的高斯曲率，用預(yù)先編制的Matlab程序?qū)o砟軌道傷損進(jìn)行分析，分別計算軌道板的一階、二階和三階高斯曲率，如圖6-圖8所示，三階高斯曲率中(a)圖表示根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)得到的高斯曲率，(b)圖表示在軌道板縱向每兩個測點中進(jìn)行線性差值來加密測點。
[0023]從圖6中可以看出，軌道板一階高斯曲率中(a)圖X方向坐標(biāo)0-0.4m，Y方向
0.3-0.6m范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值，可以判斷出在該區(qū)域內(nèi)存在傷損，這個檢測結(jié)果跟實際試驗結(jié)果基本相吻合，說明檢測精度較高。圖6(b)為測點測得的結(jié)果基礎(chǔ)上又根據(jù)線性差值加密測點后計算的軌道板高斯曲率，圖中在X方向坐標(biāo)0.2-0.4m，Y方向0.2-0.4m區(qū)域出現(xiàn)峰值，說明該區(qū)域有傷損，這個檢測結(jié)果與實際傷損區(qū)域稍有差別，說明在測點檢測的基礎(chǔ)上再利用線性差值加密測點有一定誤差。
[0024]圖7和圖8分別為二階和三階高斯曲率試驗結(jié)果，從圖中可以看出，這兩階模態(tài)下在X方向坐標(biāo)0-0.6m，Y方向0.2-0.6m范圍內(nèi)均出現(xiàn)明顯的尖峰，說明在該區(qū)域曲率發(fā)生突變，曲率的變化是由剛度的變化所引起的，因此判定在該區(qū)域存在傷損，與實際預(yù)設(shè)傷損相比較，其檢測結(jié)果還是比較準(zhǔn)確。[0025]通過實驗結(jié)果的前三階高斯曲率結(jié)果來看，前三階高斯曲率都能較準(zhǔn)確的識別出傷損區(qū)域，以一階高斯曲率最為明顯，因此，在利用曲率模態(tài)法識別傷損時建議利用一階模態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)一步識別傷損比較準(zhǔn)確。經(jīng)過整體傷損識別之后，能確定出構(gòu)件大致的傷損范圍，為進(jìn)一步準(zhǔn)確知道傷損的深度，還需利用局部傷損識別技術(shù)對傷損區(qū)域進(jìn)行深度識另IJ。構(gòu)件同整體傷損識別構(gòu)件一致，在傷損區(qū)域加密測點，采用沖擊回波法確定傷損深度。試驗方案中I號測點處于完好區(qū)域，6號、7號測點設(shè)置在傷損區(qū)域。檢測計算結(jié)果如圖9-圖11所示。
[0026]由于沖擊應(yīng)力波在遇到波阻抗發(fā)生變化的界面時發(fā)生反射，所以在該試件中應(yīng)力波在缺陷處發(fā)生發(fā)射，頻譜圖中出現(xiàn)頻率峰值。通過頻譜圖中峰值反算得傷損深度與預(yù)設(shè)傷損基本一致，說明本發(fā)明方法確定傷損較準(zhǔn)確。
【權(quán)利要求】
1.一種無砟軌道傷損整體與局部相結(jié)合的識別方法，首先采用傷損整體識別方法-曲率模態(tài)法確定傷損發(fā)生的區(qū)域，其次采用局部傷損檢測技術(shù)-沖擊回波法對傷損區(qū)域進(jìn)一步確定傷損深度，最后準(zhǔn)確定位傷損空間位置，即:1)在軌道板上布置一定間距的加速度傳感器，采用多點激勵多點采集的方式采集軌道板表面加速度，再進(jìn)行模態(tài)分析，識別出傷損的大致區(qū)域；2)在I)完成后，利用沖擊回波技術(shù)識別傷損深度，最終準(zhǔn)確定位傷損空間位置。
【文檔編號】G01N29/04GK104034805SQ201410289705
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王平, 陳嶸, 肖杰靈, 韋凱, 趙才友, 胡志鵬, 徐井芒 申請人:西南交通大學(xué)