第51卷第4期2023年4月Vol.51No.4April2023华南理工大学学报（自然科学版）JournalofSouthChinaUniversityofTechnology（NaturalScienceEdition）钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究戴公连1，2陈坤1葛浩1†王芬1（1.中南大学土木工程学院，湖南长沙410083；2.中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室，湖南长沙410083）摘要：文中针对现有钢轨检测技术不足的问题，提出了基于空气耦合导波的钢轨非接触式无损检测方法，建立了可模拟空气耦合导波激励与接收全过程的声固耦合仿真模型，并基于声学理论对仿真模型进行了验证。首先，通过该数值模型模拟分析了轨底不同损伤程度对接收导波信号的影响；然后，考虑空气耦合导波受高强度随机白噪声的影响，提出了基于激励信号中心频率小波系数的损伤评估方法。结果表明：根据Snell定律及声学理论，钢轨空气耦合导波检测的最优激励角与接收角为6.6°；钢轨空气耦合接收导波具有波形稳定、能量集中及抗干扰能力强的特点；无论损伤程度大小及所处空间位置如何，接收到声压时域信号波包中心到达时间均基本一致；不同损伤程度对应损伤指数范围有明显差异；基于激励信号中心频率的小波系数法简单可行，准确度高，适用于已知窄带导波信号的损伤信息提取，在接收信号受噪声污染严重的情况下仍能够有效识别出钢轨损伤；基于空气耦合导波进行钢轨损伤识别具有可行性。关键词：钢轨；空气耦合；导波；非接触式无损检测；数值模拟；损伤评估中图分类号：U213.4文章编号：1000-565X（2023）04-0044-09近年来，铁路上钢轨损伤日益增多，列车断轨事故时有发生［1］。目前钢轨检测主要依靠大型钢轨探伤车和手推式探伤车在天窗时间进行钢轨损伤检测，该技术基于体波反射原理，其单次检测范围较小，且检测效果受钢轨表面影响程度较大［2］。此外，部分学者基于轮轨耦合动力作用判断钢轨有无损伤，该方法仅适用于检测钢轨表面裂纹、波磨及剥离等损伤［3］。由于传统超声体波检测技术的不足，各国学者不断地研究和探索钢轨无损检测新技术。其中，基于导波的钢轨无损检测技术最具有应用潜力［4-6］。卢超等［7］应用半解析有限元法和虚功原理求解，讨论了钢轨中8个基本传播模式，并采用模态力锤及多传感器测量钢轨截面形变的模态进行了验证。许西宁等［8］基于钢轨拉压实验平台，巴特沃斯低通去噪及时域互相关算法获得了不同应力状态下超声波在钢轨中的传播时间，拟合了超声波在钢轨中的声弹性常数，结合温度补偿算法，可检测出...
