[發明專利]一種基于運營列車動態響應的軌道—橋梁系統損傷識別的方法

在審

• 申請號: 202111381124.5
• 申請日: 2021-11-20
• 公開（公告）號: CN114264727A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 楊永斌;史康;胡孝霜
• 申請（專利權）人: 重慶大學;中國國家鐵路集團有限公司
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12;G01N29/44;B61K9/08;B61K9/10
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

1.一種基于運營列車動態響應的軌道—橋梁系統損傷識別的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)搭建所述車—軌—橋耦合系統，包括測試車、軌道、橋梁；所述測試車上設有加速度傳感器；軌道與橋梁的接觸層為軌枕層；

2)建立軌道、橋梁、測試車響應方程，從而建立測試車與軌道接觸點的加速度響應方程。

3)令測試車在軌道和橋梁上運行，并利用加速度傳感器監測所述測試車的豎向加速度響應

4)利用豎向加速度響應計算出測試車與軌道接觸點的加速度響應；

5)對測試車與軌道接觸點的加速度響應進行快速傅里葉變換，得到測試車與軌道接觸點的加速度響應頻譜；

6)提取所述加速度響應頻譜中前n階測試車與軌道接觸點加速度響應的頻率成分，將所述頻率成分作為驅車頻率其中v為測量車移動速度，L為軌道跨度；

7)利用低通濾波方法提取驅車頻率響應分量；

8)對驅車頻率響應分量進行希爾伯特變換，計算得到瞬時幅值平方IAS；

9)計算根據T時間內的瞬時幅值平方IAS建立IAS曲線；

10)根據IAS曲線確定軌道、軌枕層、橋梁的損傷程度。

2.根據權利要求1所述的一種基于運營列車動態響應的軌道—橋梁系統損傷識別的方法，其特征在于，所述測試車的剛度為k_v、阻尼為c_v、質量為M_v；軌道的跨度為L₁、截面抗彎剛度為E₁I₁、單位長度質量為ρ₁A₁；橋梁的跨度為L₂、截面抗彎剛度為E₂I₂、單位長度質量為ρ₂A₂；所述測試車在軌道和橋梁上的運行速度為v。

3.根據權利要求2所述的一種基于運營列車動態響應的軌道—橋梁系統損傷識別的方法，其特征在于，軌道與橋梁的跨度相同。

4.根據權利要求1所述的一種基于運營列車動態響應的軌道—橋梁系統損傷識別的方法，其特征在于，建立測試車與軌道接觸點的加速度響應方程的步驟包括：

1)分別建立軌道、橋梁、測試車的運動方程，即：

式中，下標1,2分別表示軌道和橋梁；y(x,t)表示豎向位移；q_v、分別為測量車的豎向位移和加速度；為測試車的自振頻率；x_c為車輛與軌道之間接觸點的坐標；f_c(t)為車輛與軌道之間的接觸力；ρ₁為軌道材料密度；E₁、E₂分別表示軌道和橋梁的楊氏模量；I₁、I₂分別表示軌道和橋梁的截面慣性矩；ρ₂A₂表示橋梁單位長度質量；Θ表示軌道軌枕剛度；ρ₁A₁表示軌道單位長度質量；δ(x-vt)表示狄克拉函數；g為常數；t為時域參數；

其中，軌道豎向位移y₁(x,t)和橋梁豎向位移y₂(x,t)分別如下所示：

式中，q_1n(t)、q_2n(t)表示模態坐標函數；

2)將公式(5)-(6)代入公式(1)-(4)，并引入乘子得到車—軌—橋耦合系統的模態方程，即：

其中，參數分別如下所示：

3)將式(7)-(8)做拉普拉斯變換，即將式(7)-(8)轉化為關于q_1n(s)，q_2n(s)的二元一次方程組，再進行求解得到：

式中，q_1n(s)、q_2n(s)分別為q_1n(t)、q_2n(t)拉普拉斯變換后的結果；s為頻域參數；

其中，車—軌—橋耦合系統的固有高頻固有低頻如下所示：

4)對公式(10)-(11)進行拉普拉斯逆變換，得到：

其中，參數A_1n、參數A_2n、參數A_3n、參數B_1n、參數B_2n、參數B_3n、參數ε如下所示：

5)將公式(14)-(15)代入公式(5)-(6)，得到軌道、橋梁的位移響應，即：

6)將公式(19)代入測試車運動方程，得到測試車位移響應，即：

式中，頻率頻率頻率ω₃＝Ω；

7)建立測試車與軌道接觸點的加速度響應方程，即：

式中，表示t時刻測試車與軌道接觸點的加速度響應。