CN104034805A - 无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法，首先采用伤损整体识别方法-曲率模态法确定伤损发生的区域，其次采用局部伤损检测技术-冲击回波法对伤损区域进一步确定伤损深度，最后准确定位伤损空间位置，即：1)在轨道板上布置一定间距的加速度传感器，采用多点激励多点采集的方式采集轨道板表面加速度，再进行模态分析，识别出伤损的大致区域；2)在1)完成后，利用冲击回波技术识别伤损深度，最终准确定位伤损空间位置。本发明方法试验操作简便，检测精度较高。

Description

无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法

技术领域

本发明属铁道路轨技术领域，尤其涉及高速铁路无砟轨道伤损检测领域。

背景技术

我国高速铁路的主要结构型式有板式无砟轨道和双块式无砟轨道结构，运营总里程已有上万公里。无砟轨道以平顺性好，稳定性高，使用寿命长，耐久性好，维修工作少的特点而广受亲睐，但无砟轨道的轨道板、道床板、CA砂浆、支撑层等一直暴露在复杂的大气环境中，常年承受水、温度和列车荷载持续不断的作用，同时，这些基础结构在施工时由于施工环境、施工条件和施工技术等原因的限值，使得无砟轨道结构中产生裂缝、蜂窝、离缝、脱空等伤损，因此有必要探索一种无砟轨道伤损的检测方法。目前，铁路系统中用于检测钢轨、信号等的设备较多，而鲜有无砟轨道基础结构的检测设备。公路中应用较多的探地雷达检测设备在无砟轨道中由于受钢筋的影响，不适合于无砟轨道伤损检测。

发明内容：

基于无砟轨道伤损无损检测方法和设备的不足，以及探地雷达在无砟轨道伤损检测上的缺点，本发明的目的是提供一种无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法，首先采用伤损整体识别方法-曲率模态法确定伤损发生的区域，其次采用局部伤损检测技术-冲击回波法对伤损区域进一步确定伤损深度，最后准确定位伤损空间位置，即：1)在轨道板上布置一定间距的加速度传感器，采用多点激励多点采集的方式采集轨道板表面加速度，再进行模态分析，识别出伤损的大致区域；2)在1)完成后，利用冲击回波技术识别伤损深度，最终准确定位伤损空间位置。

本发明采用多点激励多点采集的方式采集轨道板表面加速度，再进行模态分析，识别出伤损的大致区域，最后利用冲击回波技术识别伤损深度，最终准确定位伤损空间位置，方法试验操作简便，检测精度较高。

附图说明：

图1 本发明方法工作过程框图。

图2 加速度传感器安装图。。

图3 某一测点频响函数。

图4 轨道板二阶振型侧视图。

图5 轨道板二阶振型三维图。

图6 一阶高斯曲率模态-试验结果。(a)图表示根据实际测试数据得到的高斯曲率；(b)图表示在轨道板纵向每两个测点中进行线性差值来加密测点。

图7 二阶高斯曲率模态-试验结果。

图8 三阶高斯曲率模态-试验结果。

图9 1号测点频谱图。

图10 6号测点频谱图。

图11 7号测点频谱图。

具体实施方式：

图1表达了本发明方法工作过程，首先采用伤损整体识别方法-曲率模态法确定伤损发生的区域，其次采用局部伤损检测技术-冲击回波法对伤损区域进一步确定伤损深度，最后准确定位伤损空间位置，即：1)在轨道板上布置一定间距的加速度传感器，采用多点激励多点采集的方式采集轨道板表面加速度，再进行模态分析，识别出伤损的大致区域；2)在1)完成后，利用冲击回波技术识别伤损深度，最终准确定位伤损空间位置。

为了验证高斯曲率识别无砟轨道伤损的准确性，在室内制作板式无砟轨道模型，长宽分别为1m和0.8m，其模型图如图2所示，100为被测无砟轨道板，200为加速度传感器。在轨道板与支撑层之间设置脱空、离缝伤损，伤损范围为0.4m*0.6m。信号采集系统采用无砟轨道伤损检测整体伤损识别系统，由东华动态采集系统，加速度传感器，力锤，计算机等组成，试验开始前将轨道板支承与两根木条之上，实现自由支承，并在轨道板上布置12个加速度传感器，形成12个测点，测点纵向间距为0.2m，横向间距为0.16m。采用单点激励多点拾振的方法对轨道板进行模态测试。

安装完加速度传感器后，接通测试系统，如图2所示，连接各传感器的信号采集线后开始模态测试。在测得轨道板加速度信号后，首先计算每个测点的频响函数，计算时采用测力法计算，同时本试验为单点激励多点采集方式，以某一测点为例，计算得到的频响函数如图3所示。计算频响函数后通过模态分析软件计算无砟轨道系统固有频率和振型。

计算出轨道系统前几阶固有频率和振型之后，在模态分析软件中建立测试结构模型，将计算结果赋予结构模型，得出轨道板结构模型的二阶振型如图4和图5所示。

通过模态计算分析之后，可以得到每个测点在某一阶模态下的振型位移，采用中心差分法计算轨道板的高斯曲率，用预先编制的Matlab程序对无砟轨道伤损进行分析，分别计算轨道板的一阶、二阶和三阶高斯曲率，如图6-图8所示，三阶高斯曲率中(a)图表示根据实际测试数据得到的高斯曲率，(b)图表示在轨道板纵向每两个测点中进行线性差值来加密测点。

从图6中可以看出，轨道板一阶高斯曲率中(a)图X方向坐标0-0.4m，Y方向0.3-0.6m范围内出现峰值，可以判断出在该区域内存在伤损，这个检测结果跟实际试验结果基本相吻合，说明检测精度较高。图6(b)为测点测得的结果基础上又根据线性差值加密测点后计算的轨道板高斯曲率，图中在X方向坐标0.2-0.4m，Y方向0.2-0.4m区域出现峰值，说明该区域有伤损，这个检测结果与实际伤损区域稍有差别，说明在测点检测的基础上再利用线性差值加密测点有一定误差。

图7和图8分别为二阶和三阶高斯曲率试验结果，从图中可以看出，这两阶模态下在X方向坐标0-0.6m，Y方向0.2-0.6m范围内均出现明显的尖峰，说明在该区域曲率发生突变，曲率的变化是由刚度的变化所引起的，因此判定在该区域存在伤损，与实际预设伤损相比较，其检测结果还是比较准确。

通过实验结果的前三阶高斯曲率结果来看，前三阶高斯曲率都能较准确的识别出伤损区域，以一阶高斯曲率最为明显，因此，在利用曲率模态法识别伤损时建议利用一阶模态下的数据进一步识别伤损比较准确。经过整体伤损识别之后，能确定出构件大致的伤损范围，为进一步准确知道伤损的深度，还需利用局部伤损识别技术对伤损区域进行深度识别。构件同整体伤损识别构件一致，在伤损区域加密测点，采用冲击回波法确定伤损深度。试验方案中1号测点处于完好区域，6号、7号测点设置在伤损区域。检测计算结果如图9-图11所示。

由于冲击应力波在遇到波阻抗发生变化的界面时发生反射，所以在该试件中应力波在缺陷处发生发射，频谱图中出现频率峰值。通过频谱图中峰值反算得伤损深度与预设伤损基本一致，说明本发明方法确定伤损较准确。

Claims (1)

1.一种无砟轨道伤损整体与局部相结合的识别方法，首先采用伤损整体识别方法-曲率模态法确定伤损发生的区域，其次采用局部伤损检测技术-冲击回波法对伤损区域进一步确定伤损深度，最后准确定位伤损空间位置，即：1)在轨道板上布置一定间距的加速度传感器，采用多点激励多点采集的方式采集轨道板表面加速度，再进行模态分析，识别出伤损的大致区域；2)在1)完成后，利用冲击回波技术识别伤损深度，最终准确定位伤损空间位置。