基于兰姆波的城轨列车转向架构架结构健康监测技术研究

发布时间：2022-07-07 08:20

　　轨道交通是城市交通运输量的主要承担者,随着列车运量不断增加,行驶里程日益增长,列车转向架构架内部应力急速提高,并出现不同程度疲劳,产生裂纹,最终导致构架失效,威胁车辆运行安全。考虑到人工维修成本高,基于超声无损检测的计划修难以在线诊断列车运营过程中的结构损伤等问题,本文将结构健康监测的理念引入城轨列车关键部位结构损伤检测过程,提出基于兰姆波的城轨列车转向架构架结构健康监测技术,主要研究工作如下:（1）本文研究了兰姆波产生原理及其各模态在结构中的质点位移,探究了兰姆波在各向同性材料中的频散特征曲线;基于转向架构架的机械结构及材料特性,选择压电陶瓷晶片作为激励波及响应波的传感器,并探讨其耦合布设方式;基于传感器、频散曲线、及转向架构架结构,选定了适合转向架构架材料的激励波中心频率及激励模态。（2）为研究兰姆波在构架中的实际传播过程及模态转换,利用ABAQUS对构架钢材料内的兰姆波传播过程进行有限元分析;建立了转向架构架侧梁外立板有限元仿真模型,对损伤作用后兰姆波传播模态转化及构架内各模态波能量进行分析,确定了转向架专属的激励波中心频率及模态。（3）为实现对转向架构架这类复杂结构的损伤识别,... 

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 选题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 结构健康监测技术概述
        1.2.2 基于兰姆波的结构健康监测技术
        1.2.3 城轨列车转向架构架结构健康监测技术
    1.3 研究内容与技术路线
2 兰姆波基本理论及激励波选取
    2.1 兰姆波的基本理论
        2.1.1 对称模态与反对称模态
        2.1.2 水平剪切模态
        2.1.3 各向同性材料兰姆波频散特性曲线
    2.2 传感器及其布置方式选择
        2.2.1 传感器选择
        2.2.2 压电陶瓷传感器布置方式
    2.3 激励信号及其模态选择
        2.3.1 兰姆波激励信号
        2.3.2 激励信号的选择
    2.4 本章小结
3 基于ABAQUS的城轨列车转向架构架中兰姆波传播研究
    3.1 有限元仿真原理
        3.1.1 兰姆波有限元建模平台
        3.1.2 压电陶瓷传感器及待监测结构建模
        3.1.3 单元和载荷的选取
        3.1.4 损伤建模
    3.2 有限元仿真
        3.2.1 有限元建模
        3.2.2 兰姆波在转向架构架结构中传播的仿真
    3.3 本章小结
4 基于兰姆波的转向架构架损伤定位及成像技术
    4.1 基于分频谱的损伤定位技术
        4.1.1 基本原理及实现过程
        4.1.2 实验验证
        4.1.3 算法比较
    4.2 时间反转成像法
        4.2.1 时间反转法原理
        4.2.2 时间反转法实验验证
        4.2.3 直接时间反转成像法
        4.2.4 合成时间反转成像法
        4.2.5 算法比较
    4.3 本章小结
5 城轨列车转向架构架结构健康监测应用研究
    5.1 城轨列车转向架构架结构疲劳裂纹损伤产生机理分析
        5.1.1 侧梁和横梁连接结构形式
        5.1.2 疲劳裂纹损伤形成机理
        5.1.3 城轨列车转向架构架焊接部位受力分析
    5.2 城轨列车转向架构架结构健康监测实验
        5.2.1 转向架构架中激励信号及其模态选择
        5.2.2 兰姆波在转向架构架中的传播特性
        5.2.3 损伤定位及成像
    5.3 本章小结
6 结论
    6.1 工作总结
    6.2 本文创新点
    6.3 研究展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：3656071