刘 尧 吴 斌 刘秀成 栗霞飞 林书毅 李佳明 谭树林 王鹏跃

(1 北京工业大学材料与制造学部 北京 100124)

(2 北京格创精仪科技有限公司 北京 102629)

(3 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 北京 100073)

0 引言

道岔尖轨是铁路系统中列车转向结构的重要组成部分，在服役过程中承受环境温度变化和列车载荷的作用，致使其表面和内部容易产生各类缺陷，其中轨底缺陷最常见也是传统超声探伤方法较难探测的缺陷[1]。

相比超声体波，超声导波可在波导结构中进行低衰减和长距离传播[2−3]。道岔轨底是典型的波导结构，通过选择合适的超声导波模态和频率，可以对道岔尖轨进行大范围缺陷检测。在此基础上，开发导波监测系统，有望实现道岔尖轨缺陷在线监测，为轨道智慧运维提供工程技术方案。

研究道岔尖轨的超声导波检监测技术，主要需从导波传播特性分析、传感器与系统研制及实验数据处理等方面开展工作。Hayashi 等[4]、Rose 等[5]和卢超等[6−7]采用半解析有限元法计算了钢轨中的频散曲线。半解析有限元法主要适用于等截面波导的频散特性求解。由于道岔尖轨沿长度方向具有变截面几何特征，难以准确计算其频散曲线，目前研究超声导波在道岔尖轨中的传播特性主要集中于有限元仿真。范振中[8]在ABAQUS 软件中对道岔尖轨建模，仿真分析了轨底激励的Lamb 导波在尖轨中的传播过程，研究表明选择激励频率为60 kHz的导波可以有效检测出轨底缺陷。

Burger 等[9]、Loveday 等[10]利用压电传感器在轨腰位置激励超声导波，实现了1 km 范围内断轨的检测。……