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基于激光超声体波的轨头内部缺陷检测方法研究 被引量:8

Research on the internal defect detection method of rail head based on laser ultrasonic body wave
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摘要 激光超声检测技术具有非接触、宽带宽和高分辨率的特点,针对常规超声对钢轨轨头内部核伤微小缺陷不敏感、定位定量检测难的问题,本文基于激光超声体波散射和衍射原理,提出了模态转换反射波和衍射波飞行时间的缺陷定位定量检测计算模型。通过COMSOL仿真建立了超声体波与内部缺陷相互作用的二维有限元模型,分析了钢轨内部缺陷处超声体波波模式转换状态,验证了定位及定量方法的可行性。其次,搭建了固定扫查激光超声实验检测系统,对不同埋藏深度和不同直径的孔缺陷进行B扫实验。实验结果表明,激光超声检测技术能有效的检测钢轨内部微小孔缺陷,基于所提出的计算模型和检测方法,对钢轨内部缺陷检测的定位相对误差在6%之内,定量相对误差在9%之内。 Laser ultrasonic detection technology has the characteristics of non-contact,wide bandwidth and high resolution.The conventional ultrasonic is not sensitive to the small defects of nuclear damage inside the rail head,which is difficult to locate and quantitatively detect.In this study,the calculation model of the defect location quantitative detection based on the flight time of the modal conversion reflected wave and diffracted wave is proposed,which is based on the principles of laser ultrasonic body wave scattering and diffraction.By using COMSOL simulation,a two-dimensional finite element model of the interaction between the ultrasonic body wave and the internal defect is formulated.The model conversion state of the ultrasonic body wave at the internal defect of the rail is analyzed,and the feasibility of the positioning and quantitative method is verified.Secondly,a fixed scanning laser ultrasonic experiment detection system is established to implement B-scan experiments on hole defects of different buried depths and diameters.Experimental results show that the laser ultrasonic detection technology can effectively detect the micro hole defects in the rail.Based on the calculation model and the proposed detection method,the positioning relative error of the detection of the internal defects of the rail is within 6%,and the quantitative relative error is within 9%.
作者 廖韦韬 王海涛 江奕 陈帅 郑凯 Liao Weitao;Wang Haitao;Jiang Yi;Chen Shuai;Zheng Kai(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China;Special Equipment Safety Supervision and Inspection Institute of Jiangsu Province,Nanjing 210036,China)
出处 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期221-229,共9页 Chinese Journal of Scientific Instrument
基金 国家自然科学基金重大科研仪器研制(61527803)项目资助。
关键词 激光超声 体波 轨头 内部缺陷 衍射 laser ultrasonic body wave rail head internal defects diffraction
作者简介 廖韦韬,2019年于南京航空航天大学获得学士学位,现为南京航空航天大学硕士研究生,主要研究方向为激光超声及无损检测。E-mail:taoweiliao@163.com;通信作者:王海涛,2002年于中国科学院获得博士学位,现在为南京航空航天大学南京航空航天大学教授、博士生导师,主要研究方向为无损检测技术及模式识别等方面的研究。E-mail:htwang2002@126.com;郑凯,2006年于南京大学获得博士学位,现在为江苏省特种设备安全监督检验研究院教授级高工,主要研究方向为结构健康检测和无损检测。E-mail:kai.zheng@163.com。
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