高速长钢轨道结构温度应力的检测机理及方法的研究结题摘要

项目以解决无缝铁路受热胀冷缩规律影响引发胀轨跑道事故的工程检测任务为背景，以检测同材质同状态钢轨温度应力为研究对象，旨在确定MBN—MMM在线融合检测长钢轨温度应力的检测方法及检测实施方案，建立在线检测“锁定轨温”的物理判据，构建MBN—MMM融合检测技术的理论和关键技术并形成科学体系，对我国高速无缝线路温度应力和锁定轨温的在线检测提供新思路和新方法。 （1）项目为解决无缝线路长钢轨道结构温度应力在线检测范围大，检测工作繁琐的难题。将金属磁记忆和磁巴克豪森噪声两种技术融合，优势互补，缺点互除，采用自动控制技术切换金属磁记忆和磁巴克豪森噪声工作系统，提出一种简便、快速、无损、在线的应力检测方法。 （2）项目推导了磁巴克豪森跳跃平均体积与应力和激励磁场的数学关系。利用铁磁体在交变磁场作用下磁畴壁不可逆位移释放的磁巴克豪森跳跃的平均体积，与不可逆磁化率和铁磁体所受应力之间的关系，研究磁巴克豪森跳跃平均体积与激励磁场的理论关系，为磁巴克豪森跳跃信号随应力变化曲线的标定问题提供理论依据。 （3）项目建立了无缝线路稳定性的水坝模型和存储能量数学计算公式。此公式利用金属磁记忆——磁巴克豪森噪声融合应力检测方法，研究无缝线路温度应力的变化规律；采用静力平衡的虚功原理，以及线路的强度和稳定条件，计算无缝线路当前存储能量，从能量角度说明线路稳定性。 （4）项目定义了无缝线路稳定性评估条件。此条件基于离散短时傅里叶变换原理，依据温度应力变化频率及对应的幅值。通过分析和比较不同情况下无缝线路温度应力的离散短时傅里叶变换频谱和稳定性评估公式，证明了该方法有效可行，能够定量地评估无缝线路的稳定性。 （5）项目建立了无缝线路实际锁定轨温计算公式，确定了实际锁定轨温检测的在线实施方法。 2100433B

高速无缝线路长钢轨受热胀冷缩规律影响易产生突发性胀轨、断轨跑道事故。针对在线、无损、快速检测高速长钢轨道结构温度应力还没有解决的科学问题、技术难点，研究金属磁弹波、记忆技术在线检测钢轨热胀冷缩温度应力的机理，开发在线融合检测技术的硬件、软件（包）系统。通过研究线路热胀冷缩引起温度应力变化的规律，建立磁弹波技术检测无缝线路稳定性物理模型和稳定受力的数学模型，制定金属磁弹波、记忆检测线路稳定受力的方法和在线实施方案。建立实际锁定轨温的物理模型和检测方法。以钢轨表面自有漏磁场随位形的变化确定线路应力集中区应力的集中程度，以钢轨受力释放磁弹波数值确定线路集中区应力大小。两个检测技术功能融合，检测数据相互认证，提高在线检测的工作效率，提高线路定性检测的准确度和定量检测的精度。项目研究在高速铁路安全运营方面具有重要的科学意义和应用价值。

《超声成像检测方法的研究与实现》系统介绍了超声检测的基本概念、成像原理、成像方法以及有关研究的新成果。《超声成像检测方法的研究与实现》共分为7章，主要内容包括C扫描成像、透射层析成像、散射层析成像和反演图像的处理等四部分。第一部分主要研究C扫描成像显示方法，并对超声C扫描成像检测系统进行了设计；第二部分主要研究几何声学理论，实现基于射线理论的层析重建；第三部分主要研究波动声学理论，通过建立散射场的代数描述，转换为不适定问题的求解，进而实现层析重建；第四部分是对超声反演图像的处理部分，主要完成图像的降噪与分割处理。

《超声成像检测方法的研究与实现》可作为普通高等院校信息类等相关专业本科生或研究生教材，也可作为相关科研与工程技术人员的参考书。

轨道结构状态演变规律的准确掌握与高精度检测是进行轨道科学维护的前提，而现有的检测技术仅能较好地掌握轨道几何形位的状态，高效的轨道表面状态和内部伤损的检测技术缺乏，制约着高速铁路轨道维修技术的发展。本项目拟针对无砟轨道结构的故障诊断、性能预测与服役状态开展研究，基于动力学理论与模型试验，研究高速列车动荷载和环境因素共同作用下轨道结构的伤损发展规律，提出轨道结构关键性部件的非线性演化规律与失效机理；采用三维激光云点感应技术，研究三维成像传感器阵列、高精度卫星定位及高性能海量数据传输与处理系统的集成机制，研发适用于轨道结构表面伤损与振动的连续检测系统；基于大数据融合技术构建轨道结构状态可视化信息管理系统，并根据轨道性能劣化曲线建立轨道结构健康评估与剩余寿命预测模型，从降低全寿命周期成本角度，提出可靠性维修对策，为高速铁路无砟轨道的养护维修决策管理提供支持。 2100433B