[发明专利]一种有砟轨道枕下道砟层的损伤识别方法及装置

说明书

本发明公开了一种有砟轨道枕下道砟层的损伤识别方法及装置，属于铁路损伤检测领域，包括：建立二维有砟轨道系统模型，用于描述待测有砟轨道在激励力作用下的响应，并将该模型中的枕下道砟层分为n个区域；对锤击试验中采集自待测有砟轨道的轨枕上多个数据采集点的加速度时程数据进行模态识别，得到待测有砟轨道在损伤状态下的频率和振型；将识别得到的频率和振型作为目标数据，采用稀疏贝叶斯方法对模型的道砟刚度损伤参数进行识别，得到损伤状态下各个区域内道砟刚度损伤参数的最大后验估计值，作为对应的损伤程度，以确定待测有砟轨道枕下道砟层的损伤区域及损伤程度。本发明能够在不影响道砟性能和应用的情况下，准确识别枕下道砟层的损伤。

技术领域

本发明属于铁路损伤检测领域，更具体地，涉及一种有砟轨道枕下道砟层的损伤识别方法及装置。

背景技术

高效的铁路交通系统是一个国家和地区经济的重要组成部分。有砟轨道是中国铁路轨道的主要系统之一，由钢轨、轨枕和底层道床等部件构成。道床是铺设在路基面上的道砟(碎石或沙子)层，其作用是将轨枕传下来的压力均匀地传给路基，阻止轨枕的移动，以及缓和车轮对钢轨的冲击，使轨道具有足够的弹性。然而，由于道砟层材料的自身特性，其也是最脆弱、劣化损伤最明显的部件，极易发生道砟粉化，从而影响支撑轨枕的刚度，引起轨道几何形状的变化，增加了列车脱轨的风险。因此，提出一种方法能够精确识别有砟轨道枕下道砟层的损伤位置和损伤程度，具有重大工程意义。

目前，有砟轨道枕下道砟层的损伤检测往往依靠目视检测，只能有效检测有砟轨道表面的损伤。枕木下的道砟损伤对轨道性能有着显著影响，而枕木下的道闸损伤无法通过肉眼观察到。另一种方法是岩心贯入试验，该方法现场取样，把取得的道砟层代入到实验室，通过室内试验，测得现场道砟和干净道砟的摩擦比确定损伤情况。岩心贯入试验能够检测枕木下道砟层的损伤，但是，岩心贯入试验是一种不能经常进行的破坏性测试，而且现场取芯会影响道砟的性能。此外，这种测试很耗时，可能会影响列车的正常运行。

还有一些基于结构振动响应，采用时域和频域方法，对有限元模型参数进行识别，从而识别损伤的方法已经得到较为广泛的应用。但在实际工程中，由于成本的限制，传感器通常只能安装在少数局部位置，无法获得结构的完整信息，因此，识别出来的结果具有不可避免的不确定性(不确定性主要表现在建模误差和测量噪声)，其与实际损伤情况会有较大误差。

总体而言，现有能够识别有砟轨道枕下道砟层损伤的方法，无法在不影响道砟的性能和应用的情况下，对枕下道砟层损伤进行准确识别。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种有砟轨道枕下道砟层损伤的识别方法及状，其目的在于，在不影响道砟性能和应用的情况下，准确识别枕下道砟层的损伤。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种有砟轨道枕下道砟层损伤的识别方法，包括：

建立包含钢轨、轨枕和道砟层的二维有砟轨道系统模型，用于描述待测有砟轨道在激励力作用下的响应，并将二维有砟轨道系统模型中的枕下道砟层沿轨枕纵向分为n个区域；除道砟刚度之外，二维有砟轨道系统模型其余的各项参数均与待测有砟轨道在无损状态下的各项参数一致；n为预设的正整数；

对锤击试验中采集自待测有砟轨道的轨枕上多个数据采集点的加速度时程数据进行模态识别，得到待测有砟轨道在损伤状态下的频率和振型；

将待测有砟轨道在损伤状态下的频率和振型作为目标数据，采用稀疏贝叶斯方法对二维有砟轨道系统模型的道砟刚度损伤参数进行识别，得到损伤状态下二维有砟轨道系统模型的各个区域内道砟刚度损伤参数的最大后验估计值，作为对应区域的实际损伤程度，并基于该识别结果确定待测有砟轨道枕下道砟层的损伤区域及对应的损伤程度。