基于音频信号的无砟轨道板脱空检测方法研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pearwj
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水泥沥青砂浆(简称CA砂浆)层位于板式无砟轨道轨道板及支承层(底座板)之间,是提供缓冲、调整及支承作用的重要结构层。CA砂浆层脱空是板式无砟轨道的常见病害之一,影响了轨道结构整体性和稳定性。由于该病害隐蔽性强,检测难度大,快速、准确的识别该病害是目前亟需解决的一个问题。已有的脱空检测方法如探地雷达法、红外热像法、超声回弹法等,多存在设备昂贵、实施困难的局限性。音频检测则以其非接触性、易操作、成本低等优点广泛应用于结构损伤检测领域。研究利用音频信号的无砟轨道板脱空检测方法,实现无损、快速检测,对降低检测成本、提高检测效率具有重要意义。根据课题组前期研究成果,脱空轨道板在瞬态激励作用下音频信号特征显著。本文提出两种定位脱空区域的方法:一是通过逐点激励网格化的轨道板区域生成脱空损伤云图的逐点扫描法;二是逐步叠加测点声压特征预测脱空区域的逐点逼近法。主要研究工作如下:(1)构建了带脱空的CRTSⅡ型板式无砟轨道声场耦合有限元模型。研究了逐点激励作用下声压特征规律,验证了声压检测脱空的可行性,分析了测点响应的边界效应。构建了可有效抑制边界效应的声压特征指标用于轨道板脱空识别,为两种检测方法提供检测基础。(2)提出了通过逐点激励并进行整体分析来定位脱空位置的逐点扫描法。利用测点声压特征指标实现了脱空区域的一次性定位。通过融合声压频带能量指标,提升了指标敏感度。在此基础上,给出了逐点扫描法的实现方法。仿真结果表明,该方法可准确定位脱空。(3)提出了通过多次测量、多次分析来逼近脱空位置的逐点逼近法。通过每次对测点声压特征指标的分析,逐步推测出更接近脱空的下一测点位置。引入声压频带能量指标解决了声压特征指标在此方法中的局限性。在此基础上,给出了逐点逼近法的实现方法。仿真结果表明,该方法可快速、准确定位脱空位置。
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