机械工程学报

作者：胡松涛, 石文泽, 卢超, 陈果, 沈功田

单位：1. 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室 南昌 330063;2. 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室 北京 100190;3. 赣南师范大学江西省数值模拟与仿真技术重点实验室 赣州 341000

关键词：高速铁路,钢轨道岔,SH导波,有限元特征频率法,同步挤压小波变换；

基金：国家自然科学基金（12064001，51705231，52065049）、江西省自然科学基金重点（20192ACBL20052）、江西省科技厅科技计划（20204BCJL22039，20192BCD40028）、南昌航空大学研究生创新专项（校级项目）（YC2019039）、江西省青年科学基金（20181BAB216020）和声场声信息国家重点实验室开放课题（SKLA201912）资助项目。

道岔是铁路轨道的最薄弱环节，高速列车在经过道岔钢轨时，急骤地改变运行方向，对道岔产生巨大的竖向和横向冲击力，使得道岔钢轨轨底容易产生伤损。现有的高速铁路轨道无损检测技术难以对道岔钢轨轨底伤损实施原位不拆卸检测，给高铁安全运行带来重大隐患。本文考虑道岔钢轨的变截面特性以及弹扣垫板等道岔部件对检测的影响，选用SH模态导波，将道岔尖轨轨底简化为变截面窄板，基于Bloch-Floquet边界和域约束的有限元特征频率法，分析了道岔变截面轨底结构的SH导波频散特性，绘制了SH1导波在变截面窄板内相速度和群速度变化曲线。通过建立SH导波在变截面窄板中的传播有限元模型，研究了SH0/SH1导波在变截面窄板中的传播与模态转换特性。设计并制作了SH0导波电磁超声换能器（Electromagnetic acoustic transducer，EMAT），并对道岔变截面轨底裂纹进行SH0导波检测对比，采用同步挤压小波变换（Synchrosqueezed wavelet transform，SWT）对导波检测信号进行导波模态分离和噪声滤除。SH检测模式波质点横向振动，受弹扣和垫板等道岔部件影响小。将SWT应用于道岔尖轨轨底导波检测信号处理，减小了信号处理的同步平均次数、实现了导波模态分离和大提离快速检测。经过SWT处理后，SH0导波检测信号信噪比提高了10.69 dB。

来源：2021年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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