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基于Wav2vec2.0神经网络的轨道交通钢轨损伤压电阵列超声导波定位方法

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城市轨道交通研究 2023年第6期26卷 101-105,110页

作者：刘思昊钱鲁斌梅曜华邢宇辉上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

鉴于普通超声波检测方法无法实现对轨道交通钢轨的长距离检测,基于超声导波的SHM(结构健康监测)技术难以从响应信号中提取损伤特征而影响损伤定位精度,提出了一种基于Wav2vec2.0神经网络的压电阵列超声导波定位方法对轨道交通钢轨损伤... 详细信息

鉴于普通超声波检测方法无法实现对轨道交通钢轨的长距离检测,基于超声导波的SHM(结构健康监测)技术难以从响应信号中提取损伤特征而影响损伤定位精度,提出了一种基于Wav2vec2.0神经网络的压电阵列超声导波定位方法对轨道交通钢轨损伤进行定位。基于压电阵列超声导波数据的特点,对该方法进行了简要介绍。搭建了钢轨损伤的超声导波检测系统,并利用该系统进行数据集的采集。采用ABAQUS有限元软件建立钢轨损伤超声导波检测三维有限元模型,并利用该模型进行数据集的采集。利用小波信号处理方法对超声导波试验信号进行重构,以达到信号去噪的目的;在仿真信号中加入随机噪声,将叠加随机噪声后的超声导波仿真信号作为补充数据集;通过计算模型中钢轨损伤定位的准确率和误差对模型的性能进行评估。结果表明,当迭代轮次达到第120次时,训练样本的准确率达到100%。利用基于Wav2vec 2.0神经网络的压电阵列超声导波定位方法可实现轨道交通钢轨损伤的准确定位。

关键词：轨道交通钢轨损伤压电阵列超声导波定位方法 Wav2vec2.0神经网络

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高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究

润滑与密封 2007年第11期32卷 11-14,68页

作者：刘启跃王文健周仲荣西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

结合多年的研究与调查,分析了高速与重载铁路钢轨损伤与预防技术的差异。钢轨侧磨与压溃是重载曲线段钢轨的主要损伤类型,而高速铁路钢轨主要表现为疲劳损伤特征;根据磨损与疲劳的相互制约与竞争关系,提出了高速与重载铁路钢轨选材及车... 详细信息

结合多年的研究与调查,分析了高速与重载铁路钢轨损伤与预防技术的差异。钢轨侧磨与压溃是重载曲线段钢轨的主要损伤类型,而高速铁路钢轨主要表现为疲劳损伤特征;根据磨损与疲劳的相互制约与竞争关系,提出了高速与重载铁路钢轨选材及车轮型面选择的不同要求;阐述了高速与重载铁路钢轨不同曲线轨头非对称打磨技术的原理及应用。

关键词：高速重载钢轨损伤磨损疲劳钢轨打磨

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基于光纤光栅的钢轨损伤声发射信号监测研究

基于光纤光栅的钢轨损伤声发射信号监测研究

作者：刘勇西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路的大量建成通车,保证其可靠、安全、高效运行成为我国铁路运输面临的重大问题。针对钢轨损伤,目前常用超声检测、漏磁检测、涡流检测和视觉检测等无损检测方法,这类方法需要周期性地巡检,而声发射监测技术可以实现钢轨... 详细信息

随着我国高速铁路的大量建成通车,保证其可靠、安全、高效运行成为我国铁路运输面临的重大问题。针对钢轨损伤,目前常用超声检测、漏磁检测、涡流检测和视觉检测等无损检测方法,这类方法需要周期性地巡检,而声发射监测技术可以实现钢轨损伤过程的实时监测,并评估钢轨健康状态。材料在受内力或外力条件下产生结构变化,以弹性波形式释放出应变能量的过程称为声发射(Acoustic Emission,AE)。而光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)具有绝缘性好、不用电源供电、抗电磁干扰、质量轻、体积小等优点,可将其封装成传感器代替压电传感器,用于声发射监测。因此,本文围绕基于光纤光栅的钢轨损伤声发射信号监测,分别从声发射-光纤光栅传感基本理论,基于光纤光栅的声发射监测系统构建,钢轨声发射有限元仿真以及钢轨材料拉伸破坏实验声发射信号特征分析四方面做了一系列的研究工作。(1)理论推导了光纤光栅中心波长受声发射应力波调制的过程。通过实验研究了基于匹配滤波解调和基于可调激光器解调两种解调方式的效果,发现使用匹配滤波解调方法得到的光功率微弱,需要高灵敏度的光电探测器进行探测。然后使用304不锈钢和有机玻璃材料分别对光纤光栅进行封装,通过实验测试了两种传感器的响应情况,发现使用有机玻璃进行封装的光纤光栅传感器响应度更高。(2)对提出的基于光纤光栅的声发射监测系统进行了介绍,并用标准声发射信号对该系统进行测试,证明了该系统可以成功探测到声发射信号,并能实时给出声发射信号特征参数。(3)为了将该系统应用到监测钢轨损伤状态,需要分析声发射波在钢轨中的传播情况。首先,基于瑞利-兰姆波方程绘制兰姆波频散曲线。由频散曲线得出板结构中传播的声波以S0扩展波和A0弯曲波为主。然后,基于弹性动力学理论,运用显式积分算法在ABAQUS/Expicit中对钢轨中声发射波传播特性进行了建模和求解,结合实验结果,研究得出声发射波在钢轨中传播时的波形变化规律和信号衰减特性。最后,给出仿真模型的波场快照图,直观展现了声发射波在不同时刻的传播状态。(4)在分析完钢轨中声发射波的传播规律后,还需要通过声发射信号特征判断钢轨是否有损伤以及损伤程度。所以设计了钢轨材料试件拉伸损伤实验,使用本文的基于光纤光栅的声发射监测系统采集整个拉伸过程的声发射信号。随后结合材料的应力-时间曲线对该信号进行了分析。最后得出可以根据声发射信号的特征来判断材料健康状态,证明了该监测系统用于监测钢轨损伤的有效性。

关键词：钢轨损伤监测声发射光纤光栅有限元

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基于超声相控阵的钢轨损伤识别关键技术研究

基于超声相控阵的钢轨损伤识别关键技术研究

作者：仝聪北京交通大学

学位级别：硕士

铁路对经济社会的发展具有重要的保障作用,我国的铁路运输无论在规模和技术都已经处于世界领先行列。随着我国铁路规模越来越大,保障铁路运营安全至关重要。钢轨是铁路轨道系统的关键部件之一,承担引导车轮、传递载荷的重要作用。但是... 详细信息

铁路对经济社会的发展具有重要的保障作用,我国的铁路运输无论在规模和技术都已经处于世界领先行列。随着我国铁路规模越来越大,保障铁路运营安全至关重要。钢轨是铁路轨道系统的关键部件之一,承担引导车轮、传递载荷的重要作用。但是钢轨在长期的负载状态下容易出现磨损、裂纹、变形等损伤。及时、准确地发现和识别钢轨损伤是保障铁路运输安全和顺畅运行的关键环节。目前常用的无损检测技术在钢轨损伤检测中具有局限性,容易出现错检漏检,需要探索更加高效、精确的钢轨损伤检测技术。超声相控阵技术具有检测覆盖面积大、声波控制灵活、能够实现高精度成像的特点。本文借助理论仿真与实验相结合的方式优化钢轨声场,完成钢轨损伤探测,获得高还原性损伤区域。并对超声相控阵钢轨损伤检测图像进行处理,分割损伤区域,提取损伤数据。具体工作如下:(1)基于固体中的超声波传播特性推导波动方程,分析了声波在钢轨中的传播特性,为超声相控阵的声波激发提供依据。阐述了超声相控阵的基础原理与重要特征,为后文分析做好准备。(2)研究了超声相控阵在钢轨中的波束控制方式,提出钢轨中声波聚焦与偏转法则。通过有限元声场仿真,实现了在钢轨中的阵列声波的聚焦与偏转,模拟了超声相控阵对钢轨中损伤的探测过程,直观显示了缺陷与声波的相互作用,为实验提供依据。(3)对超声相控阵在钢轨中的声场进行仿真,通过控制变量的方法获得阵列相关参数对声场的影响规律,依据分析结果得出适用于钢轨探测的超声相控阵阵列参数。(4)分析了超声相控阵成像扫描方式与超声阵列成像后处理技术,通过仿真对比证明优化后的最小方差算法对于钢轨损伤具有良好成像效果。对预制损伤的钢轨进行了超声相控阵损伤探测实验,对钢轨不同部位、不同大小、不同形态的损伤分别实现了损伤成像,通过分析发现不同损伤具有不同的成像特点。(5)对超声相控阵钢轨损伤检测图像进行图像处理,提取损伤部位信息。根据损伤图像特点提出了基于颜色空间的图像分割方法,与基于灰度图像的阈值分割相比具有更好的效果。对实验得到的钢轨检测图像进行损伤提取,将得到的信息与实际损伤数据进行对比,验证了检测图像处理后所得到的损伤数据的可靠性,能够作为依据对钢轨损伤的危害程度进行分析与评价。图69幅,表5个,参考文献69篇。

关键词：钢轨损伤无损检测超声相控阵声场仿真图像处理

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基于多模态特征的重载铁路钢轨损伤检测方法

无损检测 2024年第9期46卷 69-74页

作者：马骞国能朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司肃宁062350

列车重载运行的情况下钢轨会出现损伤,传统的钢轨损伤检测方法主要依靠人工巡检或使用单一模态特征进行分析,存在准确性低、易漏检漏报等问题。针对这一问题,提出了基于多模态特征的重载铁路钢轨损伤检测方法。首先采集重载铁路钢轨损... 详细信息

列车重载运行的情况下钢轨会出现损伤,传统的钢轨损伤检测方法主要依靠人工巡检或使用单一模态特征进行分析,存在准确性低、易漏检漏报等问题。针对这一问题,提出了基于多模态特征的重载铁路钢轨损伤检测方法。首先采集重载铁路钢轨损伤图像,并以直方图均衡化的增强方式预处理原始图像;然后将图像中的信息转换为模态向量进行特征提取,选择置信度矩阵表示不同特征的分布情况,并分解钢轨损伤图像中的特征模态元素;最后基于多模态特征,关联具有相关性的损伤特征模量,标注损失特征标签,实现重载钢轨损伤情况的判断和检测。分别以5000,10000,30000 t重载量级的铁路钢轨作为对象进行测试,试验结果表明,所提方法能够实现精准的损伤定位,且对不同量级钢轨的损伤情况均具有较高检测精度,具有实际应用价值。

关键词：重载铁路置信度矩阵多模态特征钢轨损伤损伤检测

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浅谈在地铁新线施工中钢轨损伤及防范措施

建设科技 2018年第6期 115-116页

作者：秦玲中铁物资集团有限公司

在我国城市轨道交通的发展现状的基础上,分析地铁新线施工的发展情况,并结合地铁施工的特点,针对施工过程中钢轨损伤的类型和原因进行分析,并提出有效的防范措施,希望能对相应的工作人员给予一定的参考和帮助。

关键词：地铁新线钢轨损伤防范措施

城轨供电回流导体的连接及其对钢轨损伤的剖析

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现代城市轨道交通 2004年第1期 39-41页

作者：周镇国陈朝阳铁道科学研究院金属及化学研究所研究员北京100081 　

通过对城轨供电回流导体连接接头质量的剖析,指出因操作不当在钢轨表面产生淬火马氏体的危害及其防止措施。

关键词：城轨供电回流导体钢轨损伤防止措施

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地铁钢轨损伤健康管理系统设计

上海应用技术学院学报（自然科学版） 2015年第3期15卷 282-285页

作者：袁海斌张春华范俊巍北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京市地铁运营有限公司线路公司北京100082

针对城市地铁钢轨损伤维护预测的需要,研究建立基于超声探测的钢轨损伤健康管理系统及实现方法.提出基于决策分析的健康管理系统框架结构,对其中的系统数据库、文件系统和数据结构关系进行讨论.用分层设计思想定义各功能模块,采用软件... 详细信息

针对城市地铁钢轨损伤维护预测的需要,研究建立基于超声探测的钢轨损伤健康管理系统及实现方法.提出基于决策分析的健康管理系统框架结构,对其中的系统数据库、文件系统和数据结构关系进行讨论.用分层设计思想定义各功能模块,采用软件技术和自动化数据流处理,实现主界面模块、用户管理模块、线路管理模块、线路匹配模块等的开发与设计.系统能结合不同环境条件下的历史数据集和实际测试数据集,实现钢轨疲劳寿命预测.

关键词：健康管理预测决策支持钢轨损伤

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钢轨损伤的高效率探伤方法

中国铁路 2007年第1期 71-71页

目前钢轨超声波探伤以超声波从钢轨头部人射探测的方法为主，但由于钢轨头顶面接触疲劳产生的龟裂沿着水平裂纹蔓延到下面，不久就会进展成达到探伤标准的横裂纹。在以往的探伤方法中，超声波被水平裂纹遮断，为此JR东日本公司采用按横... 详细信息

目前钢轨超声波探伤以超声波从钢轨头部人射探测的方法为主，但由于钢轨头顶面接触疲劳产生的龟裂沿着水平裂纹蔓延到下面，不久就会进展成达到探伤标准的横裂纹。在以往的探伤方法中，超声波被水平裂纹遮断，为此JR东日本公司采用按横向裂纹的深度与水平裂纹的长度分别确定损伤等级的规则，将检测手段合并，并留有改善的余地。基于这个思路，开发了侧重检查横向裂纹的FG-50头部横向裂纹测定器；利用三维方式计算钢轨损伤形状、长度、深度、立体检测的3D超声波探伤器。这个3D超声波检测装置的原理是将一个压电元件发射的超声波用多个元件接收，对钢轨损伤裂纹进行三维捕捉。

关键词：钢轨损伤探伤方法高效率超声波探伤水平裂纹横向裂纹检测装置压电元件