声波法检测钢轨缺陷的频率敏感性分析

通过研究钢轨轨底角和轨距角缺陷的频率敏感性,探讨了低频声波应用于钢轨缺陷检测的可能性。Ansys-LSDYNA软件用于数值研究,建立了2m长的钢轨模型,缺陷通过删除相应位置的单元模拟,瞬态动力学分析用于求解钢轨动态响应。数值研究表明,对于竖向的激励信号,竖直方向响应在绝对值上高于横向响应,但横向动态响应对损伤的频率敏感性明显高于竖向动态响应;利用小波包分解技术比较了对损伤敏感的频率范围,基于特定频率下的小波包分解能量定义了敏感损伤指标,结果表明该损伤指标随损伤程度的增加单调递增,可作为识别钢轨缺陷的损伤指标使用。该方法采用在钢轨踏面激发和接收信号,具有方便操作的优点。     

不锈钢护套对磁致伸缩导波桥梁缆索检测影响

针对带有不锈钢护套的桥梁缆索磁致伸缩导波现场检测中传感器的安装问题,基于磁致伸缩效应及其逆效应建立了有限元模型,并通过仿真分别研究了不锈钢护套对磁致伸缩导波激励与接收的影响,进而得到不锈钢护套对导波检测信号的影响.通过实验室和实桥实验进行了验证,结果表明:不锈钢护套对磁致伸缩导波的激励过程与接收过程均会造成衰减,激励端与接收端不锈钢厚度对信号衰减的影响趋势基本相同.根据仿真与实验结果得到了可以将磁致伸缩导波传感器安装于不锈钢护套上的激励频率及不锈钢护套厚度的范围,为现场安装提供了指导.     

非接触式磁致伸缩扭转导波传感器研制

针对钢管非接触式扭转导波检测的需求,基于Wiedemann效应设计了一种新型导波传感器,该传感器由永磁铁、回折线圈和屏蔽层组成.首先,采用ANSYS仿真软件研究了钢管中静态偏置磁场分布,并分析了传感器的工作原理,通过实验验证了传感器在钢管中激励和接收扭转导波的可行性.然后,分析了检测信号中噪声信号的产生原因,利用铜皮作为屏蔽层对回折线圈轴向段激励产生的周向动态磁场进行屏蔽,提高了检测信号的信噪比.接着,通过实验研究了传感器的频率特性,结果表明传感器的最佳激励频率与回折线圈的设计频率一致.最后,将传感器应用于钢管缺陷检测,结果表明该传感器能够识别出横截面积损失3%的周向刻槽缺陷.     

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

激励频率对扭转模态磁致伸缩导波检测性能影响

在综合考虑力-磁-声的多个物理场耦合的基础上,通过采用有限元数值仿真方法模拟扭转模态磁致伸缩导波对铁磁性管道的检测,研究激励电流频率对T模态导波检测效果的影响,并通过实验给予验证.结果表明:实验研究数据与仿真计算结果具有相同的变化趋势且存在一个最优频率;激励频率对检测效果有着明显的影响,通过调整激励频率能够使扭转模态导波幅值最大,实现磁致伸缩导波检测性能的优化.     

承力索锚结线夹绞线区域损伤的超声导波监测

针对电气化铁路承力索锚结线夹绞线区域损伤难以准确监测的问题,研制了面向承力索锚结线夹绞线区域损伤的传感器来实现损伤的超声导波监测.首先针对铜镁合金承力索绞线的结构特点及超声导波的传播特点,设计了承力索单线导波引导针,并以导波引导针为核心构建了独立弹性导波激励接收单元;然后基于承力索外层结构完成包含12个导波激励接收单元的环形导波检测模块;最后集成独立晶片控制电路与包覆保护操作手柄,形成新型超声导波传感器,结合脉冲反射法和小波降噪法对承力索锚结线夹绞线区域的结构损伤进行检测并判定.19芯铜镁合金承力索锚结线夹绞线区域的单线预设损伤检测实验结果表明,当传感器间距为0.1 m、传感器与锚结线夹中心间距为0.4 m时,经小波降噪后的损伤回波峰值与损伤深度呈正相关,判别平均相对误差为3.16%,平均误差长度为0.025 m,小于锚结线夹长度0.055 m,说明所研制的传感器及相应的监测方法可实现承力索锚结线夹绞线区域最外层单线的损伤判别.文中研究为电气化铁路接触网承力索锚结线夹结构的及时补强更换提供了有效的判定依据.     

频率和DOA估计的等价性

定义了频率估计和信号到来角估计的信号模型，介绍了基于小波包理论的频率估计，推导了两者的等价性和分辨率的关系，仿真结果验证了频率和DOA估计的一致性。     

城市轨道交通钢轨波浪形磨耗检测仿真研究

城市轨道交通钢轨波浪形磨耗会增加养护维修费用,降低乘车舒适度,引起噪声,甚至危及列车安全.为了检测钢轨波浪形磨耗,提出了一种基于运营车辆转向架加速度的钢轨波磨检测技术.利用SIMPACK多体动力学软件建立含有波磨病害的车辆-轨道模型,采集该状态下的车辆转向架加速度数据,应用经典的时频域分析、小波分析及希尔伯特黄变换分别对基于波磨病害的转向架加速度信号进行分析并提取出时频特征进行病害识别.仿真结果表明:利用连续小波分析提取的频域特性及经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)得到的特征振动模态可用于波磨病害的检测和识别,从而验证了利用SIMPACK仿真模型进行钢轨波磨检测的可行性.     

基于小波阈值降噪的既有砌体承重墙基本频率识别

识别既有砌体承重墙的基本频率对结构安全性评估有重要意义.为了降低噪声对动力测试信号和基本频率识别结果的不利影响,首先通过人工带噪信号分析获得小波阈值降噪方法的优化参数,再通过拟静力试验在墙体模型中实现不同的损伤,通过环境激励获取加速度信号.分别基于原始加速度信号和小波阈值降噪处理后的加速度信号,获得功率谱密度函数,再运用峰值点法识别基本频率.结果表明,采用优化参数进行小波阈值降噪后,基本频率识别结果的变异性更小.所采用的方法可通过降低噪声影响来提高带损伤砌体承重墙的基本频率识别效率,为既有砌体结构安全性评定提供基础数据.     

基于互相关技术与小波分析的模态参数识别

系统地阐述了自然激励技术（NExT）与小波分析在大型机械结构的模态参数识别中的应用,机械系统在白噪声激励下利用NExT方法可得到系统响应信号的互相关信号,并结合改进的Morlet小波对其进行了分析,通过调整小波中心频率及分析信号的长度,可有效地抑制端部效应的产生并能较准确地识别机械结构的密集模态参数,仿真试验的分析结果验证了该方法的可行性及准确性。     

基于声发射的塔吊安全检测方法与实验研究

针对现有的塔吊安全检测技术存在抗干扰能力差,实时性不足的问题。提出一种基于声发射的塔吊安全检测方法。通过详细分析声发射波源在吊塔缺陷区域形成的信号特征,引入小波去噪技术去除检测中的电气干扰噪声、机械噪声、传播途径引起的畸变和衰减等干扰。运用参数分析和波形分析两种技术,识别缺陷区域信号特征。仿真实验结果表明,基于声发射的塔吊安全检测方法能够较好地去除干扰,采集到稳健性较好的去噪特征信号,对塔吊非安全区域的连续型和突变型损伤特征信号能较好地重构,满足应用需求。     

基于空气耦合非线性共振频率偏移的混凝土损伤评估研究

针对受损混凝土的整体损伤评估,提出并验证了基于空气耦合的非线性共振频率偏移法。首先通过对混凝土试件进行逐级加载实现了试件损伤的累积,之后利用空气耦合传感器代替传统的接触式传感器进行了试件振动信号采集。研究了距离对空气耦合漏泄波强度的影响;并对两种传感器采集信号的频谱特性进行了对比分析。最后构建非线性共振频率偏移损伤指标迟滞非线性系数对受损混凝土构件的损伤过程,进行了跟踪分析与刻画;并与以纵波波速和固有频率作为线性损伤指标的损伤评估方法进行了对比。实验结果表明,空气耦合方法可快速有效地进行试件振动信号采集;随着试件损伤的累积,非线性损伤指标和线性损伤指标均发生了变化,但迟滞非线性系数的变化更为显著。研究成果为混凝土损伤识别提供了新方法和新思路。     

煤矿井下地音监测信号的小波变换处理方法

针对煤矿井下地音信号复杂的情况,提出一种基于小波变换的地音信号处理方法,并对现场信号进行实验分析.结果表明：小波变换方法可以去除地音信号的背景噪声,将复杂的声发射波形数据分解为具有单一特征的波.该研究为工作面动力灾害的实时预报提供了依据.     

均匀轴对称端面荷载下半无限长杆动力学响应

杆结构的导波检测技术因其高效而受到重视.欲利用导波检测杆结构,首先必须明确杆结构的动力学响应特征.利用本征函数展开法导出均匀轴对称端面荷载下半无限长杆瞬态动力学响应问题的解析解.与利用积分变换法得到的解析解相比,该解形式简洁且物理意义清晰.在该解析解基础上,可定量分析外力对各导波模式激发的影响.以端面冲击载荷作用下半无限长杆瞬态动力学响应为例进行数值研究表明,基于该解析解所得结果与有限元法(FEM)模拟结果一致.     

基于小波包分解和虚拟仪器的传导干扰信号检测

小波包分解(WPD)不仅能检测非平稳信号的整次谐波,还能检测信号的非整次谐波,且小波变换本身对信号的奇异点十分敏感,常常用来跟踪开关电源传导干扰信号.在虚拟仪器(VI) LabVIEW 6.i平台上,基于小波包变换算法设计了VI程序,实现了开关电源传导干扰信号实时检测系统.该系统具有信噪分离、测量传导干扰功率谱、伴有噪声的原始振动波形和噪声波等测量功能,实测结果表明该方法是可行的和有效的.     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

钢筋混凝土材料损伤的声发射信号处理

针对钢筋混凝土材料试件进行了加载破坏试验,采用小波变换对现场采集到的混凝土断裂过程中的声发射信号进行分析处理。试验结果表明用小波变换进行消噪处理,噪声消除效果显著,提高了声发射信号对结构健康监测的准确性,为实际监测钢筋混凝土材料的损伤提供了依据。     

基于共振稀疏分解与子带增强的滚动轴承声学诊断方法

针对轴承声信号易受环境噪声干扰,导致声学诊断结果准确率低的问题,提出一种结合共振稀疏分解与小波降噪选取核心冲击子带、对信号进行二次降噪的滚动轴承诊断方法。首先采用共振稀疏分解算法对原始声信号进行降噪处理,提取信号瞬态冲击成分;然后通过小波包变换对信号进行分解,依据各子带信号峭度值选取核心冲击子带信号进行线性叠加并重构;最终通过包络谱分析确定轴承故障。故障模拟实验结果表明,本文方法可有效增强复杂声场环境下轴承声信号的冲击特性,实现针对滚动轴承的声学诊断。     

基于小波分析的刨花板声发射信号降噪处理

应用MATLAB工具箱中小波函数对刨花板受压时产生的声发射信号进行了小波降噪处理,并比较了小波分析降噪和滤波器方法降噪的异同。结果表明:选取适当的小波分解级数,进行合理的阈值门限处理,可以大大提高重构后信号的识别度,对声发射信号采用小波方法降噪可达到较理想的效果。