第1章 緒論 1
1.1 高速鐵路道岔的疲勞損傷機(jī)理 1
1.1.1 疲勞損傷形式 2
1.1.2 疲勞損傷機(jī)理 3
1.1.3 研究方法 3
1.1.4 未來發(fā)展方向 4
1.2 鋼軌缺陷檢測(cè) 5
1.2.1 磁粉檢測(cè) 5
1.2.2 渦流檢測(cè) 6
1.2.3 漏磁檢測(cè) 6
1.2.4 機(jī)器視覺檢測(cè) 7
1.2.5 超聲波檢測(cè) 7
1.2.6 聲發(fā)射技術(shù) 9
1.2.7 機(jī)器學(xué)習(xí)方法 9
1.3 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù) 11
1.3.1 超聲導(dǎo)波的傳播特性 11
1.3.2 超聲導(dǎo)波模態(tài)分析與信號(hào)處理 13
1.3.3 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)方法 16
1.3.4 超聲導(dǎo)波無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 17
1.4 道岔尖軌超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù) 18
1.5 本書內(nèi)容結(jié)構(gòu) 20
第2章 道岔尖軌中的超聲導(dǎo)波 22
2.1 超聲導(dǎo)波的基本特性 22
2.1.1 超聲導(dǎo)波的基本概念 22
2.1.2 超聲導(dǎo)波的速度和模態(tài) 23
2.1.3 超聲導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散特性 26
2.2 道岔尖軌中超聲導(dǎo)波的傳播特性 27
2.2.1 道岔尖軌三維模型構(gòu)建 28
2.2.2 頻散曲線求解 29
2.2.3 振型分析 36
2.3 基于K-Means聚類算法的模態(tài)分類方法 49
2.3.1 K-Means聚類算法的基本原理 50
2.3.2 K-Means聚類算法的實(shí)現(xiàn)及分析 51
2.4 基于振動(dòng)位移的激勵(lì)節(jié)點(diǎn)選取 57
本章小結(jié) 60
第3章 道岔尖軌導(dǎo)波有限元仿真技術(shù) 61
3.1 道岔尖軌有限元仿真概述 61
3.1.1 有限元分析理論基礎(chǔ) 62
3.1.2 三維模型構(gòu)建及網(wǎng)格劃分 63
3.1.3 仿真流程 64
3.2 模態(tài)振型存在性分析 66
3.2.1 基于波數(shù)的模態(tài)分析 66
3.2.2 基于位移的振型分析 71
3.3 基于時(shí)域特征的接收節(jié)點(diǎn)優(yōu)選方法 76
3.4 質(zhì)量塊模擬缺陷研究 78
3.4.1 模擬缺陷模型構(gòu)建 78
3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 80
本章小結(jié) 83
第4章 道岔尖軌導(dǎo)波激勵(lì)與采集 84
4.1 系統(tǒng)總體方案 84
4.2 超聲導(dǎo)波激勵(lì)與采集系統(tǒng)硬件 85
4.2.1 硬件方案 85
4.2.2 硬件電路 86
4.2.3 超聲導(dǎo)波換能器 90
4.3 超聲導(dǎo)波激勵(lì)與采集系統(tǒng)軟件 91
4.3.1 軟件方案 91
4.3.2 開發(fā)工具介紹 91
4.3.3 激勵(lì)端程序設(shè)計(jì) 93
4.3.4 接收端程序設(shè)計(jì) 97
4.4 人機(jī)交互界面與算法 100
4.4.1 需求分析 101
4.4.2 界面設(shè)計(jì) 101
4.4.3 程序設(shè)計(jì)與濾波算法 102
本章小結(jié) 107
第5章 基于小波基線的道岔尖軌缺陷檢測(cè) 108
5.1 數(shù)據(jù)集 108
5.2 基于時(shí)域基線的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 111
5.2.1 信號(hào)預(yù)處理 112
5.2.2 時(shí)域基線法 114
5.3 頻域基線法 118
5.4 小波基線法 122
5.5 缺陷識(shí)別 125
本章小結(jié) 128
第6章 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 129
6.1 基于傳統(tǒng)分類器的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 129
6.2 機(jī)器學(xué)習(xí)分類結(jié)果 133
6.3 基于CNN+LSTM的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 134
6.3.1 信號(hào)預(yù)處理 135
6.3.2 1D-CNN-LSTM道岔尖軌缺陷識(shí)別模型 136
6.3.3 1D-ResNet-SE-LSTM道岔尖軌缺陷識(shí)別模型 138
6.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 140
本章小結(jié) 143
第7章 基于主導(dǎo)模態(tài)的道岔尖軌缺陷檢測(cè) 144
7.1 基于基線法的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 144
7.2 超聲導(dǎo)波傳播特性分析 149
7.2.1 頻散曲線求解 149
7.2.2 振型求解 152
7.2.3 基于振動(dòng)位移的最佳激勵(lì)節(jié)點(diǎn)選取 161
7.3 仿真分析 162
7.3.1 基于有限元仿真的模態(tài)存在驗(yàn)證 162
7.3.2 道岔尖軌缺陷的仿真分析 166
7.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 168
本章小結(jié) 173
第8章 道岔尖軌缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用 174
8.1 缺陷檢測(cè)算法 174
8.2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 175
8.3 鐵路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 176
本章小結(jié) 179
參考文獻(xiàn) 180