通过式轨道车辆车轮无损检测装置的研究

论文题目: 通过式轨道车辆车轮无损检测装置的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 车辆工程

作者: 师蔚

导师: 刘继

关键词: 车轮踏面,电磁超声,无损检测,有限元仿真

文献来源: 同济大学

发表年度: 2005

论文摘要: 轨道车辆车轮中的缺陷，特别是车轮踏面裂纹是引发事故的巨大隐患。目前国内对运行中的车辆轮对的检测主要依靠工作人员以耳听、眼看、手摸为主的人工检测，这种检测方式对于车轮踏面细小裂纹不易查出，同时由于停站时间和工作人员数量的限制，不能对每一个车轮进行全面检测，检测结果令人堪忧。随着铁路运行速度的提高，车轮的裂纹、磨损等破坏急剧增加，这种检测手段已经不能满足现代化高速铁路发展的需要，因此研究一种在线的通过式轨道车辆车轮无损检测装置具有重要的现实意义。本文研究的通过式轨道车辆车轮的检测装置是一种采用基于电磁超声技术的检测装置，能够及时快捷地在车辆进站时对每一个通过的车轮踏面进行全面检测。 本文首先研究了轨道车辆车轮踏面缺陷的种类及扩展规律。其次，根据轨道车辆车轮踏面在线无损检测的特点和要求，运用电磁超声的基本理论，设计了电磁超声表面波无损检测装置。该检测装置的设计主要包括电磁超声换能器、系统的整体方案设计及其辅助机械系统设计等。然后，深入研究电磁超声换能过程的数学模型，并借助有限元分析软件对设计出的电磁超声装置中的关键部分—电磁超声换能器部分进行分步仿真，分别对静磁场、涡流场、力分布场、波动场进行仿真，研究出电磁超声换能器中各参数及外部测量参数分别对电磁超声换能器及检测的影响程度，从而进一步优化电磁超声换能器中的设计参数。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

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摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 选题的意义

1.2 轨道车辆车轮无损检测技术的发展

1.2.1 静态检测

1.2.1.1 磁粉探伤

1.2.1.2 超声波探伤

1.2.2 动态检测技术

1.3 电磁超声技术发展及研究现状

1.4 本文研究内容

第2章 车轮踏面损伤的损伤形式及扩展规律

2.1 车轮踏面的损伤原因及形式

2.1.1 踏面裂纹

2.1.2 踏面的磨损

2.1.3 踏面剥离

2.1.4 踏面擦伤

2.2 裂纹的扩展规律

2.3 本章小结

第3章 通过式轨道车辆车轮检测电磁超声装置的设计

3.1 电磁超声的激发机制

3.1.1 洛仑茨力机制原理

3.1.2 磁致伸缩力机制原理

3.2 选择电磁超声波型

3.2.1 纵波波型

3.2.2 横波波型

3.2.3 表面波波型

3.2.4 Lamb波波型

3.2.5 电磁超声的波型选择

3.3 通过式轨道车辆车轮检测电磁超声装置设计

3.3.1 车轮的电磁超声动态检测原理

3.3.2 电磁超声表面波换能器的设计

3.3.2.1 电磁超声换能器发射和接收方式的设计

3.3.2.2 线圈的设计

3.3.2.3 磁铁的选择

3.3.2.4 激磁场设计

3.3.3 电磁超声检测装置的主电路设计

3.3.3.1 高频发射单元

3.3.3.2 接收单元

3.3.4 设计辅助机械系统

3.4 本章小结

第4章 电磁超声换能器换能数学模型

4.1 电磁产生的电、磁、波耦合理论

4.1.1 虎克定律与微观运动方程

4.1.2 电磁超声耦合一般方程

4.1.3 固体中声波的波动方程

4.2 铁磁性材料的换能模型

4.2.1 洛仑茨力

4.2.2 磁致伸缩力

4.3 本章小结

第5章 电磁超声换能器发射场的有限元仿真

5.1 有限元仿真软件介绍

5.2 仿真方案确定

5.3 静磁场仿真

5.3.1 永磁体磁化结果仿真

5.3.1.1 研究永磁体的高度对踏面表面磁感应强度的影响

5.3.1.2 提离值对踏面表面的磁感应强度的影响

5.3.2 直流电磁铁磁化结果仿真

5.3.2.1 研究直流电磁铁激磁电流大小对踏面表面磁感应强度的影响

5.3.2.2 提离值对踏面表面的磁感应强度的影响

5.2.3 交流电磁体静磁场仿真

5.2.3.1 研究交流电磁铁激磁电流频率对踏面表面磁感应强度的影响

5.2.3.2 研究交流电磁铁的激磁电流大小对踏面表面磁感应强度的影响

5.2.3.3 提离值对踏面表面的磁感应强度的影响

5.2.4 静磁场仿真结论

5.4 涡流场仿真

5.4.1 对设计状态涡流场仿真

5.4.2 集肤层涡流密度大小受激发电流幅值大小的影响

5.4.3 集肤层涡流密度大小受提离值的影响

5.5 力分布场仿真

5.6 波动场仿真

5.7 本章小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

发布时间: 2006-12-31

参考文献

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