1、我國的高速鐵路正由大規(guī)模建設時期逐漸走向安全運營時期，如何保障鐵路安全、穩(wěn)定、可靠的長期運行將會成為我國鐵路運輸面臨的重大問題。在鐵路鋼軌傷損的檢測上，傳統(tǒng)的超聲探傷方法受到了檢測速度和檢測效率的限制，大量研究者都在努力尋找新的方法來彌補超聲檢測的不足。與其他無損檢測方法相比，聲發(fā)射技術能夠檢測對象的動態(tài)裂紋、裂紋萌生及裂紋生長等，即它檢測到的信息是缺陷本身發(fā)出的信息，無需外部輸入信號對缺陷進行掃描，因此，可以通過聲發(fā)射技術來實現(xiàn)鋼軌裂

2、紋傷損的檢測。但聲發(fā)射技術在鋼軌傷損的檢測上仍處于初步研究階段，僅從理論和實驗上驗證了該技術在鋼軌傷損檢測上的可行性，需要進一步深入的研究。針對上述情況，本文圍繞著基于聲發(fā)射技術的鋼軌傷損檢測與判別問題，從鋼軌中聲發(fā)射源特征及其可分析性條件、高速下聲發(fā)射信號的檢測方法以及鋼軌不同傷損階段的判別規(guī)則三個方面進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　研究了聲發(fā)射的有限元建模仿真方法。為了建立能夠有效解決聲發(fā)射傳播問題的三維有

3、限元模型，本文給出了裂紋聲發(fā)射源的表示方法，研究了利用有限元進行聲發(fā)射建模仿真的條件和方法，對二維空間中聲發(fā)射的傳播情況進行了建模仿真，并通過相速度曲線、群速度曲線以及傳播過程的分析，驗證了所述建模仿真方法的正確性?；谌鹄?蘭姆方程的群速度曲線和時頻圖，給出了聲發(fā)射的模態(tài)分析方法，為后續(xù)三維鋼軌模型中聲發(fā)射問題的研究奠定了基礎。
　　研究了鋼軌中的聲發(fā)射源特征以及特征的可分析性條件。鋼軌中聲發(fā)射源特征的研究，能夠指導我們更好地檢

4、測和識別裂紋聲發(fā)射源，本文在合理的聲發(fā)射建模仿真條件上，建立了帶裂紋聲發(fā)射源的鋼軌三維有限元模型，并通過實驗驗證了該模型的有效性，提出了鋼軌中聲發(fā)射源的模態(tài)特征分析方法。通過仿真結果研究了鋼軌中不同深度和不同傳導距離的聲發(fā)射源特征，并通過實驗方法進一步研究了鋼軌中瑞利-蘭姆方程曲線的適用范圍，以及不同測量點對信號特征的影響。研究結果不僅給出了鋼軌中不同類型、不同深度以及不同傳導距離的聲發(fā)射源特征及其分析方法，還提出了鋼軌中聲發(fā)射信號具有

5、可分析性的條件。
　　研究了高速條件下聲發(fā)射信號的檢測問題。本文基于赫茲接觸原理建立了高速輪軌及傷損信號模擬實驗設備平臺，最高時速177km/h，并設計了高速下利用Hsu-Nielsen源模擬傷損信號的傷損模擬裝置，為高速情況下聲發(fā)射信號檢測的研究創(chuàng)造了條件。詳細分析了噪聲信號與傷損信號的特征區(qū)別，并以此特征來確定小波變換的層數(shù)以及傷損信號的特征頻率范圍，給出了利用時間-香農(nóng)熵方法進行傷損信號檢測的步驟。結合聲發(fā)射信號本身的特點，

6、研究了不同長度的時間窗口對噪聲的抑制作用，為了進一步抑制高速下的噪聲干擾，提出了高速下基于時間窗口特征的傷損信號檢測方法，實驗結果證明了該方法在124km/h下檢測聲發(fā)射信號的有效性。
　　研究了鋼軌不同傷損階段的判別規(guī)則。本文通過鋼軌材料的拉伸實驗獲得了材料從初始到完全斷裂的各個過程，結合應力-應變曲線分析了各個階段下鋼軌材料的安全狀態(tài)，并從中提取了相應階段的聲發(fā)射信號?；诼暟l(fā)射活動強度和聲發(fā)射信號頻譜研究了不同傷損階段下聲發(fā)