[發(fā)明專利]一種有砟軌道枕下道砟層的損傷識別方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011065225.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112199838A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡琴;陳晗;朱宏平;沈易軍;袁瑞杰
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種有砟軌道枕下道砟層的損傷識別方法及裝置，屬于鐵路損傷檢測領(lǐng)域，包括：建立二維有砟軌道系統(tǒng)模型，用于描述待測有砟軌道在激勵力作用下的響應(yīng)，并將該模型中的枕下道砟層分為n個區(qū)域；對錘擊試驗中采集自待測有砟軌道的軌枕上多個數(shù)據(jù)采集點的加速度時程數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)識別，得到待測有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型；將識別得到的頻率和振型作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，采用稀疏貝葉斯方法對模型的道砟剛度損傷參數(shù)進(jìn)行識別，得到損傷狀態(tài)下各個區(qū)域內(nèi)道砟剛度損傷參數(shù)的最大后驗估計值，作為對應(yīng)的損傷程度，以確定待測有砟軌道枕下道砟層的損傷區(qū)域及損傷程度。本發(fā)明能夠在不影響道砟性能和應(yīng)用的情況下，準(zhǔn)確識別枕下道砟層的損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵路損傷檢測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種有砟軌道枕下道砟層的損傷識別方法及裝置。

背景技術(shù)

高效的鐵路交通系統(tǒng)是一個國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。有砟軌道是中國鐵路軌道的主要系統(tǒng)之一，由鋼軌、軌枕和底層道床等部件構(gòu)成。道床是鋪設(shè)在路基面上的道砟(碎石或沙子)層，其作用是將軌枕傳下來的壓力均勻地傳給路基，阻止軌枕的移動，以及緩和車輪對鋼軌的沖擊，使軌道具有足夠的彈性。然而，由于道砟層材料的自身特性，其也是最脆弱、劣化損傷最明顯的部件，極易發(fā)生道砟粉化，從而影響支撐軌枕的剛度，引起軌道幾何形狀的變化，增加了列車脫軌的風(fēng)險。因此，提出一種方法能夠精確識別有砟軌道枕下道砟層的損傷位置和損傷程度，具有重大工程意義。

目前，有砟軌道枕下道砟層的損傷檢測往往依靠目視檢測，只能有效檢測有砟軌道表面的損傷。枕木下的道砟損傷對軌道性能有著顯著影響，而枕木下的道閘損傷無法通過肉眼觀察到。另一種方法是巖心貫入試驗，該方法現(xiàn)場取樣，把取得的道砟層代入到實驗室，通過室內(nèi)試驗，測得現(xiàn)場道砟和干凈道砟的摩擦比確定損傷情況。巖心貫入試驗?zāi)軌驒z測枕木下道砟層的損傷，但是，巖心貫入試驗是一種不能經(jīng)常進(jìn)行的破壞性測試，而且現(xiàn)場取芯會影響道砟的性能。此外，這種測試很耗時，可能會影響列車的正常運行。

還有一些基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)，采用時域和頻域方法，對有限元模型參數(shù)進(jìn)行識別，從而識別損傷的方法已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用。但在實際工程中，由于成本的限制，傳感器通常只能安裝在少數(shù)局部位置，無法獲得結(jié)構(gòu)的完整信息，因此，識別出來的結(jié)果具有不可避免的不確定性(不確定性主要表現(xiàn)在建模誤差和測量噪聲)，其與實際損傷情況會有較大誤差。

總體而言，現(xiàn)有能夠識別有砟軌道枕下道砟層損傷的方法，無法在不影響道砟的性能和應(yīng)用的情況下，對枕下道砟層損傷進(jìn)行準(zhǔn)確識別。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種有砟軌道枕下道砟層損傷的識別方法及狀，其目的在于，在不影響道砟性能和應(yīng)用的情況下，準(zhǔn)確識別枕下道砟層的損傷。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種有砟軌道枕下道砟層損傷的識別方法，包括：

建立包含鋼軌、軌枕和道砟層的二維有砟軌道系統(tǒng)模型，用于描述待測有砟軌道在激勵力作用下的響應(yīng)，并將二維有砟軌道系統(tǒng)模型中的枕下道砟層沿軌枕縱向分為n個區(qū)域；除道砟剛度之外，二維有砟軌道系統(tǒng)模型其余的各項參數(shù)均與待測有砟軌道在無損狀態(tài)下的各項參數(shù)一致；n為預(yù)設(shè)的正整數(shù)；

對錘擊試驗中采集自待測有砟軌道的軌枕上多個數(shù)據(jù)采集點的加速度時程數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)識別，得到待測有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型；

將待測有砟軌道在損傷狀態(tài)下的頻率和振型作為目標(biāo)數(shù)據(jù)，采用稀疏貝葉斯方法對二維有砟軌道系統(tǒng)模型的道砟剛度損傷參數(shù)進(jìn)行識別，得到損傷狀態(tài)下二維有砟軌道系統(tǒng)模型的各個區(qū)域內(nèi)道砟剛度損傷參數(shù)的最大后驗估計值，作為對應(yīng)區(qū)域的實際損傷程度，并基于該識別結(jié)果確定待測有砟軌道枕下道砟層的損傷區(qū)域及對應(yīng)的損傷程度。