高速长钢轨道结构温度应力的检测机理及方法的研究

The high-speed long rail is easy to produce a sudden expansion and broken rail accident by the impact of thermal expansion and contraction. For the unresolved scientific question and technical difficulties of non-destructive and rapid testing temperature stress in high-speed long rail, This project research the mechanism of online field testing of the temperature stress caused by thermal expansion and contraction using Barkhaosen noise and metal magnetic memory technology and develop the hardware and software system of integration testing on the field. The research of long rail temperature stress vaniation by the thermal expansion and contraction, The project establish the physical model and mathematical model of testing long rail force remained stable and online field testing scheme using Barkhaosen noise and metal magnetic memory technology. The project establish the physical model and testing method of "actual" locking rail temperature, determine concentration degree of the railway stress concentration zone by the self-leakage magnetic field of the rail surface changing with the "shape in different position" and determine the stress value by the Barkhausen noise magnitude released by forced rail. The two testing technologies integration and the testing data authentication each other can improve the work efficiency of online field testing, the accuracy of qualitative testing and the precision of the quantitative testing. The research project has important scientific significance and application value in the save operation of high-speed rail.

高速无缝线路长钢轨受热胀冷缩规律影响易产生突发性胀轨、断轨跑道事故。针对在线、无损、快速检测高速长钢轨道结构温度应力还没有解决的科学问题、技术难点，研究金属磁弹波、记忆技术在线检测钢轨热胀冷缩温度应力的机理，开发在线融合检测技术的硬件、软件（包）系统。通过研究线路热胀冷缩引起温度应力变化的规律，建立磁弹波技术检测无缝线路稳定性物理模型和稳定受力的数学模型，制定金属磁弹波、记忆检测线路稳定受力的方法和在线实施方案。建立"实际"锁定轨温的物理模型和检测方法。以钢轨表面自有漏磁场随"位形"的变化确定线路应力集中区应力的集中程度，以钢轨受力释放磁弹波数值确定线路集中区应力大小。两个检测技术功能融合，检测数据相互认证，提高在线检测的工作效率，提高线路定性检测的准确度和定量检测的精度。项目研究在高速铁路安全运营方面具有重要的科学意义和应用价值。

项目以解决无缝铁路受热胀冷缩规律影响引发胀轨跑道事故的工程检测任务为背景，以检测同材质同状态钢轨温度应力为研究对象，旨在确定MBN—MMM在线融合检测长钢轨温度应力的检测方法及检测实施方案，建立在线检测“锁定轨温”的物理判据，构建MBN—MMM融合检测技术的理论和关键技术并形成科学体系，对我国高速无缝线路温度应力和锁定轨温的在线检测提供新思路和新方法。.（1）项目为解决无缝线路长钢轨道结构温度应力在线检测范围大，检测工作繁琐的难题。将金属磁记忆和磁巴克豪森噪声两种技术融合，优势互补，缺点互除，采用自动控制技术切换金属磁记忆和磁巴克豪森噪声工作系统，提出一种简便、快速、无损、在线的应力检测方法。.（2）项目推导了磁巴克豪森跳跃平均体积与应力和激励磁场的数学关系。利用铁磁体在交变磁场作用下磁畴壁不可逆位移释放的磁巴克豪森跳跃的平均体积，与不可逆磁化率和铁磁体所受应力之间的关系，研究磁巴克豪森跳跃平均体积与激励磁场的理论关系，为磁巴克豪森跳跃信号随应力变化曲线的标定问题提供理论依据。.（3）项目建立了无缝线路稳定性的水坝模型和存储能量数学计算公式。此公式利用金属磁记忆——磁巴克豪森噪声融合应力检测方法，研究无缝线路温度应力的变化规律；采用静力平衡的虚功原理，以及线路的强度和稳定条件，计算无缝线路当前存储能量，从能量角度说明线路稳定性。.（4）项目定义了无缝线路稳定性评估条件。此条件基于离散短时傅里叶变换原理，依据温度应力变化频率及对应的幅值。通过分析和比较不同情况下无缝线路温度应力的离散短时傅里叶变换频谱和稳定性评估公式，证明了该方法有效可行，能够定量地评估无缝线路的稳定性。 .（5）项目建立了无缝线路实际锁定轨温计算公式，确定了实际锁定轨温检测的在线实施方法。