高速铁路轮轨系统在服役过程中产生的疲劳裂纹是威胁行车安全的重大隐患。传统的无损检测方法难以有效识别处于闭合或半闭合状态的早期微小裂纹,尤其是在列车运行载荷作用下的动态工况。针对这一挑战,本文提出并系统研究了一种基于涡流...高速铁路轮轨系统在服役过程中产生的疲劳裂纹是威胁行车安全的重大隐患。传统的无损检测方法难以有效识别处于闭合或半闭合状态的早期微小裂纹,尤其是在列车运行载荷作用下的动态工况。针对这一挑战,本文提出并系统研究了一种基于涡流脉冲热成像(Eddy Current Pulsed Thermography,ECPT)技术的轮轨疲劳裂纹检测方法。研究首先构建了负载作用下的非稳态疲劳裂纹多物理场模型,通过有限元仿真与实验相结合,深入探究了局部接触(闭合)裂纹的涡流-热响应机理,并揭示了裂纹闭合深度与表面温度场特征(如等温线内凹现象)之间的定量关系。在此基础上,自主研制了适用于车轮与钢轨的动态ECPT检测平台及专用磁轭传感器,并开展了高铁轮轨实物的动态检测试验。结果表明,所提方法不仅能有效区分开口与闭合裂纹,还能对不同深度、不同尺寸的疲劳裂纹进行可靠检出,检出深度范围可达0.35mm至5mm。结合主成分分析(PCA)与张量分解等图像增强算法,显著提升了缺陷的信噪比与可视化效果,为高铁轮轨疲劳裂纹的在线、高效、精准检测提供了重要的理论依据与技术支撑。展开更多
文摘高速铁路轮轨系统在服役过程中产生的疲劳裂纹是威胁行车安全的重大隐患。传统的无损检测方法难以有效识别处于闭合或半闭合状态的早期微小裂纹,尤其是在列车运行载荷作用下的动态工况。针对这一挑战,本文提出并系统研究了一种基于涡流脉冲热成像(Eddy Current Pulsed Thermography,ECPT)技术的轮轨疲劳裂纹检测方法。研究首先构建了负载作用下的非稳态疲劳裂纹多物理场模型,通过有限元仿真与实验相结合,深入探究了局部接触(闭合)裂纹的涡流-热响应机理,并揭示了裂纹闭合深度与表面温度场特征(如等温线内凹现象)之间的定量关系。在此基础上,自主研制了适用于车轮与钢轨的动态ECPT检测平台及专用磁轭传感器,并开展了高铁轮轨实物的动态检测试验。结果表明,所提方法不仅能有效区分开口与闭合裂纹,还能对不同深度、不同尺寸的疲劳裂纹进行可靠检出,检出深度范围可达0.35mm至5mm。结合主成分分析(PCA)与张量分解等图像增强算法,显著提升了缺陷的信噪比与可视化效果,为高铁轮轨疲劳裂纹的在线、高效、精准检测提供了重要的理论依据与技术支撑。
