高速長鋼軌道結構溫度應力的檢測機理及方法的研究

項目以解決無縫鐵路受熱脹冷縮規(guī)律影響引發(fā)脹軌跑道事故的工程檢測任務為背景，以檢測同材質同狀態(tài)鋼軌溫度應力為研究對象，旨在確定MBN—MMM在線融合檢測長鋼軌溫度應力的檢測方法及檢測實施方案，建立在線檢測“鎖定軌溫”的物理判據(jù)，構建MBN—MMM融合檢測技術的理論和關鍵技術并形成科學體系，對我國高速無縫線路溫度應力和鎖定軌溫的在線檢測提供新思路和新方法。 （1）項目為解決無縫線路長鋼軌道結構溫度應力在線檢測范圍大，檢測工作繁瑣的難題。將金屬磁記憶和磁巴克豪森噪聲兩種技術融合，優(yōu)勢互補，缺點互除，采用自動控制技術切換金屬磁記憶和磁巴克豪森噪聲工作系統(tǒng)，提出一種簡便、快速、無損、在線的應力檢測方法。 （2）項目推導了磁巴克豪森跳躍平均體積與應力和激勵磁場的數(shù)學關系。利用鐵磁體在交變磁場作用下磁疇壁不可逆位移釋放的磁巴克豪森跳躍的平均體積，與不可逆磁化率和鐵磁體所受應力之間的關系，研究磁巴克豪森跳躍平均體積與激勵磁場的理論關系，為磁巴克豪森跳躍信號隨應力變化曲線的標定問題提供理論依據(jù)。 （3）項目建立了無縫線路穩(wěn)定性的水壩模型和存儲能量數(shù)學計算公式。此公式利用金屬磁記憶——磁巴克豪森噪聲融合應力檢測方法，研究無縫線路溫度應力的變化規(guī)律；采用靜力平衡的虛功原理，以及線路的強度和穩(wěn)定條件，計算無縫線路當前存儲能量，從能量角度說明線路穩(wěn)定性。 （4）項目定義了無縫線路穩(wěn)定性評估條件。此條件基于離散短時傅里葉變換原理，依據(jù)溫度應力變化頻率及對應的幅值。通過分析和比較不同情況下無縫線路溫度應力的離散短時傅里葉變換頻譜和穩(wěn)定性評估公式，證明了該方法有效可行，能夠定量地評估無縫線路的穩(wěn)定性。 （5）項目建立了無縫線路實際鎖定軌溫計算公式，確定了實際鎖定軌溫檢測的在線實施方法。 2100433B

高速無縫線路長鋼軌受熱脹冷縮規(guī)律影響易產生突發(fā)性脹軌、斷軌跑道事故。針對在線、無損、快速檢測高速長鋼軌道結構溫度應力還沒有解決的科學問題、技術難點，研究金屬磁彈波、記憶技術在線檢測鋼軌熱脹冷縮溫度應力的機理，開發(fā)在線融合檢測技術的硬件、軟件（包）系統(tǒng)。通過研究線路熱脹冷縮引起溫度應力變化的規(guī)律，建立磁彈波技術檢測無縫線路穩(wěn)定性物理模型和穩(wěn)定受力的數(shù)學模型，制定金屬磁彈波、記憶檢測線路穩(wěn)定受力的方法和在線實施方案。建立實際鎖定軌溫的物理模型和檢測方法。以鋼軌表面自有漏磁場隨位形的變化確定線路應力集中區(qū)應力的集中程度，以鋼軌受力釋放磁彈波數(shù)值確定線路集中區(qū)應力大小。兩個檢測技術功能融合，檢測數(shù)據(jù)相互認證，提高在線檢測的工作效率，提高線路定性檢測的準確度和定量檢測的精度。項目研究在高速鐵路安全運營方面具有重要的科學意義和應用價值。

《超聲成像檢測方法的研究與實現(xiàn)》系統(tǒng)介紹了超聲檢測的基本概念、成像原理、成像方法以及有關研究的新成果?！冻暢上駲z測方法的研究與實現(xiàn)》共分為7章，主要內容包括C掃描成像、透射層析成像、散射層析成像和反演圖像的處理等四部分。第一部分主要研究C掃描成像顯示方法，并對超聲C掃描成像檢測系統(tǒng)進行了設計；第二部分主要研究幾何聲學理論，實現(xiàn)基于射線理論的層析重建；第三部分主要研究波動聲學理論，通過建立散射場的代數(shù)描述，轉換為不適定問題的求解，進而實現(xiàn)層析重建；第四部分是對超聲反演圖像的處理部分，主要完成圖像的降噪與分割處理。

《超聲成像檢測方法的研究與實現(xiàn)》可作為普通高等院校信息類等相關專業(yè)本科生或研究生教材，也可作為相關科研與工程技術人員的參考書。

軌道結構狀態(tài)演變規(guī)律的準確掌握與高精度檢測是進行軌道科學維護的前提，而現(xiàn)有的檢測技術僅能較好地掌握軌道幾何形位的狀態(tài)，高效的軌道表面狀態(tài)和內部傷損的檢測技術缺乏，制約著高速鐵路軌道維修技術的發(fā)展。本項目擬針對無砟軌道結構的故障診斷、性能預測與服役狀態(tài)開展研究，基于動力學理論與模型試驗，研究高速列車動荷載和環(huán)境因素共同作用下軌道結構的傷損發(fā)展規(guī)律，提出軌道結構關鍵性部件的非線性演化規(guī)律與失效機理；采用三維激光云點感應技術，研究三維成像傳感器陣列、高精度衛(wèi)星定位及高性能海量數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)的集成機制，研發(fā)適用于軌道結構表面?zhèn)麚p與振動的連續(xù)檢測系統(tǒng)；基于大數(shù)據(jù)融合技術構建軌道結構狀態(tài)可視化信息管理系統(tǒng)，并根據(jù)軌道性能劣化曲線建立軌道結構健康評估與剩余壽命預測模型，從降低全壽命周期成本角度，提出可靠性維修對策，為高速鐵路無砟軌道的養(yǎng)護維修決策管理提供支持。 2100433B