[发明专利]一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法

权利要求书

1.一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建所述车—轨—桥耦合系统，包括测试车、轨道、桥梁；所述测试车上设有加速度传感器；轨道与桥梁的接触层为轨枕层；

2)建立轨道、桥梁、测试车响应方程，从而建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程。

3)令测试车在轨道和桥梁上运行，并利用加速度传感器监测所述测试车的竖向加速度响应

4)利用竖向加速度响应计算出测试车与轨道接触点的加速度响应；

5)对测试车与轨道接触点的加速度响应进行快速傅里叶变换，得到测试车与轨道接触点的加速度响应频谱；

6)提取所述加速度响应频谱中前n阶测试车与轨道接触点加速度响应的频率成分，将所述频率成分作为驱车频率其中v为测量车移动速度，L为轨道跨度；

7)利用低通滤波方法提取驱车频率响应分量；

8)对驱车频率响应分量进行希尔伯特变换，计算得到瞬时幅值平方IAS；

9)计算根据T时间内的瞬时幅值平方IAS建立IAS曲线；

10)根据IAS曲线确定轨道、轨枕层、桥梁的损伤程度。

2.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，所述测试车的刚度为k_v、阻尼为c_v、质量为M_v；轨道的跨度为L₁、截面抗弯刚度为E₁I₁、单位长度质量为ρ₁A₁；桥梁的跨度为L₂、截面抗弯刚度为E₂I₂、单位长度质量为ρ₂A₂；所述测试车在轨道和桥梁上的运行速度为v。

3.根据权利要求2所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，轨道与桥梁的跨度相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程的步骤包括：

1)分别建立轨道、桥梁、测试车的运动方程，即：

式中，下标1,2分别表示轨道和桥梁；y(x,t)表示竖向位移；q_v、分别为测量车的竖向位移和加速度；为测试车的自振频率；x_c为车辆与轨道之间接触点的坐标；f_c(t)为车辆与轨道之间的接触力；ρ₁为轨道材料密度；E₁、E₂分别表示轨道和桥梁的杨氏模量；I₁、I₂分别表示轨道和桥梁的截面惯性矩；ρ₂A₂表示桥梁单位长度质量；Θ表示轨道轨枕刚度；ρ₁A₁表示轨道单位长度质量；δ(x-vt)表示狄克拉函数；g为常数；t为时域参数；

其中，轨道竖向位移y₁(x,t)和桥梁竖向位移y₂(x,t)分别如下所示：

式中，q_1n(t)、q_2n(t)表示模态坐标函数；

2)将公式(5)-(6)代入公式(1)-(4)，并引入乘子得到车—轨—桥耦合系统的模态方程，即：

其中，参数分别如下所示：

3)将式(7)-(8)做拉普拉斯变换，即将式(7)-(8)转化为关于q_1n(s)，q_2n(s)的二元一次方程组，再进行求解得到：

式中，q_1n(s)、q_2n(s)分别为q_1n(t)、q_2n(t)拉普拉斯变换后的结果；s为频域参数；

其中，车—轨—桥耦合系统的固有高频固有低频如下所示：

4)对公式(10)-(11)进行拉普拉斯逆变换，得到：

其中，参数A_1n、参数A_2n、参数A_3n、参数B_1n、参数B_2n、参数B_3n、参数ε如下所示：

5)将公式(14)-(15)代入公式(5)-(6)，得到轨道、桥梁的位移响应，即：

6)将公式(19)代入测试车运动方程，得到测试车位移响应，即：

式中，频率频率频率ω₃＝Ω；

7)建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程，即：

式中，表示t时刻测试车与轨道接触点的加速度响应。