论文部分内容阅读
随着高铁建设的快速发展,高铁列车的安全运行已成为一个十分重要的研究课题,卢学无损检测是高铁列车安全运行中一道重要的技术防线。论文针对这一重要背景,对高铁路基中的声传播特性开展了系列研究,将为高铁路基的声学无损检测提供理论基础。本文主要开展了以下几个方面的研究:
针对分层结构的高速铁路路基,本文首先研究了水平分层介质中导波的激发和传播特性。高铁路基是一种速度递减的分层介质,当第一层介质瑞利波速度大于最底层介质横波速度时,我们通过大量的理论研究,明确指出该类分层介质在高频时没有严格的导波解,但存在满足一定精度要求的近似解,提出了导波的下截止频率、第一截止频率和第二截止频率的概念,得到了整个频段中导波的频散曲线。并通过对时域波形进行频率波数分析,提取到了导波的频散曲线,验证了理论上的正确性。从而对高铁路基中导波的激发和传播特性有了较清楚的认识。
在此基础上,本文采用有限差分法开展了高铁路基中缺陷对声场的影响研究。结果表明,在低频时声场能量能传递到土质层中去,此时位于混凝土层的缺陷对路基声场的影响较小,位于土质层的缺陷对于土质层的声场影响较大。随着频率的增大,位于混凝土层的缺陷对声场的影响逐渐增大,当频率大于路基中导波第一截止频率时,高铁路基中将出现沿界面传播的导波,其能量主要集中于混凝土层。我们将脉冲压缩技术应用到高铁路基的声场分析,有效地抑制了多种干扰信号,不仅能较好地分辨出混凝土和土质层界面的多次反射波,而且还提高了缺陷回波的信噪比。
在考虑铁轨情况下,本文采用有限单元法研究了铁轨横断面内缺陷对高铁路基声场的影响。数值结果表明,在低频时高铁路基基本上做整体振动,随着频率的增加高铁路基声场呈周期性分布,当频率达到300Hz时,混凝土层的中部位移较大,容易发生断裂,当频率为600Hz左右时,土质层的声场分布较为均匀,当缺陷几何尺寸大于该层声波波长1/5时,缺陷对声场影响加剧。论文运用最大熵原理,通过接收数据得到最大熵谱,深入研究了缺陷对声场的影响,发现高铁路基存在3个特征频率,缺陷的存在会使第一特征频率向低频方向移动,缺陷越大,第一特征频率移动的幅度也就越大。