机械工程学报

作者：林强, 刘兴, 田海东, 王文健, 丁昊昊, 刘启跃, 郭俊

单位：1. 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所 成都 610031;2. 西南交通大学机械工业高速摩擦副损伤机理和防护技术重点实验室 成都 610031

关键词：钢轨裂纹,交流电磁场测量,裂纹尺寸,裂纹形状,阵列式传感器；

基金：国家自然科学基金(52205578)、国家自然科学基金重点国际合作研究(52320105007)、四川省自然科学基金(2023NSFSC0875)和轨道交通运载系统全国重点实验室自主研究课题(2024RVL-T02)资助项目

铁路轨道与车轮长期滚动接触，容易产生疲劳裂纹，导致钢轨表面剥离甚至钢轨断裂等严重问题，因此开展裂纹尺寸、扩展深度以及裂纹形状的检测与定量表征具有重要意义。设计搭建了采用阵列式传感器交流电磁场检测技术(Alternating current field measurement，ACFM)的钢轨裂纹检测系统。结合检测信号等值线彩色图研究了不同长度、不同深度、不同形状(簇状、Y形和W形)裂纹对ACFM信号的影响规律，分析了裂纹形状对交流电磁场检测信号影响机理。研究结果表明：随着裂纹长度与深度的增加，Bx信号谷值减小，Bz信号出现越来越明显的双极值特征，蝶形图中缺陷环面积逐渐增加，表明裂纹引起的磁场扰动逐渐变大，Bz信号相比Bx信号对裂纹长度与深度的变化更敏感；随簇状裂纹条数的增加，裂纹周围的Bx和Bz信号强度逐渐增加，Bx信号波峰位置的连线可反应裂纹走向；W形裂纹的Bx信号出现了三个极值，Bz信号出现了对称分布的极值特征；Y形裂纹的Bx信号出现了六个极值，Bz信号出现了四个极值。利用阵列式传感器ACFM信号的等值线彩色图可实现对复杂形状裂纹的识别和表征。

来源：2025年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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