[发明专利]一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法及装置，首先，向待测钢轨内施加高频兰姆波信号，以及高频兰姆波信号和低频振动信号的混合信号，并利用设置在待测钢轨上的四个传感器接收上述两种信号；其次，对每个传感器接收到的两种信号均进行模式分解、获取时频谱、时频谱相减和滤除低频振动信号的处理，以获得四个传感器对应的损伤辨识信号的时频谱；再次，在确定待测钢轨存在疲劳微裂纹后，分别获取损伤调制信号到达每个传感器的时刻，并通过对应时刻计算损伤调制信号传播至各个传感器的声程。分别以每个传感器的中心点为圆心，对应的声程为半径作圆，计算四个圆形的交点坐标；最后，利用交点的坐标确定待测钢轨上疲劳微裂纹的位置坐标。

技术领域

本发明涉及铁路工业技术领域，特别是涉及一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法及装置。

背景技术

目前，我国经济已由高速增长阶段逐步转向高质量发展阶段，而交通运输水平正是支撑经济发展的重要基础，其中，作为主要交通运输方式之一的铁路备受国民瞩目。

机遇与挑战并存，欣欣向荣的发展态势对铁路行车安全提出了更严苛的要求。铁路钢轨是直接承受车辆荷载的关键设备，在当前行车速度不断提高、车辆运量不断加大、运营时间不断增长及铁路长期客货混跑的背景下，线路钢轨大多处于超期服役的疲劳状态，各种病害日益显现，轮轨间产生了更多形式的接触碰撞，使得实际工作情况变得异常复杂。钢轨损伤主要由磨耗、疲劳和工艺(包括生产加工工艺和养护维修工艺)三类原因造成。其中，疲劳在可能引发钢轨产生疲劳裂纹甚至引起钢轨疲劳断裂的同时，也会加速由工艺缺陷导致的损伤扩展过程，对钢轨的服役寿命造成极大影响。

在大多数情况下，疲劳裂纹是以微裂纹或闭合裂纹的形式，存在于疲劳发展的前80％左右的时间内，单纯依靠人眼观察几乎无法对其进行辨别。其中，研究人员通常将宽度小于0.5mm的疲劳裂纹称为疲劳微裂纹。

在实际运营过程中，钢轨往往承受着大振幅横向振动作用。一旦钢轨疲劳微裂纹成型，轮轨间巨大的横向作用力会促使其沿横向扩展，大大增加了发生断轨的可能性。因此，对钢轨在早期疲劳阶段萌生的微裂纹进行有效检测与及时维护，避免其继续扩展成为宏观裂纹，阻止其进入裂纹失稳拓展阶段。因此，准确定位钢轨疲劳微裂纹，对于预防重大安全生产事故、保障钢轨安全可靠服役、维持铁路运输安全基础稳定，具有重要意义。

发明内容

本发明实施例中提供了一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法及装置，以解决现有技术中对钢轨上疲劳微裂纹定位困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种辨识钢轨疲劳微裂纹位置的方法，在待测钢轨上设置四个传感器，所述四个传感器构成边长为预设长度的正方形信号接收阵列，所述方法包括：

向待测钢轨内施加第一信号，所述第一信号为高频兰姆波信号；

向待测钢轨内施加第二信号，所述第二信号为与第一信号相同的高频兰姆波信号以及低频振动信号的混合信号；

分别获取每个传感器接收第一信号时的接收信号，作为对应传感器的第一接收信号；

分别获取每个传感器接收第二信号时的接收信号，作为对应传感器的第二接收信号；

针对每个传感器的第一接收信号和第二接收信号，均进行以下处理，以得到每个传感器对应的损伤辨识信号的时频谱：

利用变分模式分解算法(Variational Mode Decomposition,VMD)分别对第一接收信号和第二接收信号进行模式分解；

通过希尔伯特变换(Hilbert Transform,HT)分别获取完成模式分解后第一接收信号和第二接收信号的时频谱；

将第一接收信号的时频谱与第二接收信号的时频谱进行相减处理，得到差信号时频谱；