张书增，杨岳，刘希玲，李雄兵，胡宏伟

(1.中南大学CAD/CAM研究所，湖南长沙 410075;2.长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙 410114)

钢轨的质量是保证铁路运行安全的重要因素之一，而钢轨在生产及使用过程中，不可避免的会出现各种缺陷［1］。存在钢轨内的缺陷类型较多，而且在钢轨的轨头、轨腰和轨底均有分布，如不能及时有效地检出缺陷而使得其逐步扩大，将给铁路运行安全带来重大隐患［2－3］。因此，必须对钢轨进行周期性检测，以避免铁路事故的发生。检测钢轨的方法中，超声波检测技术具有无损、便捷、对人体无害及设备成本低等优点，成为钢轨检测的首选方法［4］。为确保对钢轨进行全面探伤，对不同位置不同类型的钢轨缺陷选取不同类型的探头检测［5］。然而，目前了解超声探头的有效检测区域均普遍采用粗略的估计或者采用几何光学的声线计算来得知，而并没有对探头实际辐射至钢轨内声场分布的特性进行分析，极大地影响了钢轨超声检测的准确性［6］。因此，在钢轨缺陷的超声检测过程中，有必要开展钢轨内声场模拟的研究。研究探头声场特性的方法中，多元高斯声束模型是准确模拟声场的理论模型，同时能够描述声场声压在不同介质中的分布［7］。本文采用多元高斯声束理论建立不同类型探头辐射的声场的模型，并模拟其在钢轨内的分布，以此分析探头的有效检测区域，进而指导选择钢轨最优检测工艺，实现对轨头、轨腰及轨底内存在的缺陷进行检测和分析。……