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內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　超聲導(dǎo)波傳播距離遠(yuǎn)且能覆蓋介質(zhì)的整個(gè)橫截面，因此，超聲導(dǎo)波技術(shù)被視為種新型高效、快速的無(wú)損檢測(cè)與健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。本書(shū)介紹了超聲導(dǎo)波技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、鋼軌中的超聲導(dǎo)波、鋼軌中超聲導(dǎo)波的有限元仿真、鋼軌中超聲導(dǎo)波的模態(tài)分析方法、鋼軌中超聲導(dǎo)波的模態(tài)激勵(lì)控制、超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)研制、超聲導(dǎo)波鋼軌無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法在超聲導(dǎo)波鋼軌無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用等。本書(shū)可作為超聲導(dǎo)波檢測(cè)相關(guān)課程的研究生教材，也可供從事超聲導(dǎo)波檢測(cè)相關(guān)研究的專業(yè)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

　　許西寧，長(zhǎng)期從事軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的科研與教學(xué)工作。榮獲2013年、2019年中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)鐵道科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，2022年北京市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。主持和參加多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、橫向科研項(xiàng)目。以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI、EI等期刊論文20余篇，撰寫(xiě)專著1部，獲批國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)。目前從事本科《測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、研究生《現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》的教學(xué)工作?！稖y(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程獲評(píng)校級(jí)一流課程、北京市優(yōu)質(zhì)課程、國(guó)家級(jí)一流本科課程。指導(dǎo)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)連續(xù)3年榮獲北京市普通高等學(xué)校優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽獲全國(guó)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)7項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。榮獲北京交通大學(xué)"三育人”先進(jìn)個(gè)人、優(yōu)秀實(shí)踐指導(dǎo)教師、2022屆本科畢業(yè)生"我最敬愛(ài)的老師”。團(tuán)隊(duì)榮獲北京交通大學(xué)"三育人”先進(jìn)集體、北京高校優(yōu)秀本科育人團(tuán)隊(duì)。

圖書(shū)目錄

目錄
第1章緒論 1
1.1 鋼軌無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 2
1.2 超聲導(dǎo)波技術(shù) 6
1.2.1 頻散與多模態(tài)特性 6
1.2.2 超聲導(dǎo)波缺陷檢測(cè) 7
1.2.3 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì) 8
1.2.4 超聲導(dǎo)波模態(tài)識(shí)別 10
1.3 超聲導(dǎo)波鋼軌無(wú)損檢測(cè) 12
1.4 超聲導(dǎo)波檢測(cè)裝置 15
1.5 章節(jié)安排 18
第2章鋼軌中的超聲導(dǎo)波 20
2.1 鋼軌中超聲導(dǎo)波的頻散曲線 20
2.2 鋼軌中超聲導(dǎo)波的模態(tài)與振形 28
2.3 鋼軌中超聲導(dǎo)波模態(tài)的選取原則 31
第3章鋼軌中超聲導(dǎo)波的有限元仿真 39
3.1 鋼軌建模 39
3.1.1 幾何體導(dǎo)入 40
3.1.2 拆分模型 41
3.1.3 移動(dòng)模型 43
3.1.4 劃分2D網(wǎng)格 44
3.1.5 拉伸2D網(wǎng)格生成3D網(wǎng)格 46
3.1.6 刪除2D網(wǎng)格 47
3.1.7 鏡像復(fù)制 48
3.1.8 設(shè)置材料參數(shù) 52
3.1.9 導(dǎo)出模型 55
3.2 有限元仿真 55
3.3 數(shù)據(jù)后處理 60
3.4 扣件約束下的鋼軌有限元仿真 67

第4章鋼軌中超聲導(dǎo)波的模態(tài)分析方法 72
4.1 時(shí)域分析 72
4.2 模態(tài)振形分析 74
4.2.1 利用差值驗(yàn)證相似 78
4.2.2 利用互相關(guān)驗(yàn)證相似 79
4.3 小波分析 81
4.4 2D-FFT分析 85
4.5 模態(tài)振形矩陣分析 90
第5章鋼軌中超聲導(dǎo)波模態(tài)的激勵(lì)控制 97
5.1 激勵(lì)響應(yīng)分析方法 97
5.2 基于振形矩陣的超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)方法 100
5.2.1 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)方向研究 100
5.2.2 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)系數(shù)研究 104
5.2.3 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)研究 107
5.2.4 超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)方法的仿真 116
5.3 基于相控延時(shí)技術(shù)的超聲導(dǎo)波模態(tài)激勵(lì)方法 125
5.3.1 相控延時(shí)技術(shù) 125
5.3.2 鋼軌建模及有限元仿真 127
5.3.3 仿真結(jié)果及分析 130
第6章超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)研制 135
6.1 超聲導(dǎo)波換能器 135
6.1.1 磁致伸縮式超聲導(dǎo)波換能器 135
6.1.2 激光超聲技術(shù) 138
6.1.3 壓電式超聲導(dǎo)波換能器 140
6.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試測(cè)量設(shè)備 142
6.3 嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 143
6.3.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 143
6.3.2 基于FPGA與ARM的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 145
6.3.3 超聲導(dǎo)波激勵(lì)電路設(shè)計(jì) 149
6.3.4 超聲導(dǎo)波采集電路設(shè)計(jì) 150
6.4 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 153
第7章超聲導(dǎo)波鋼軌無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用 155
7.1 無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè) 155
7.1.1 頻散曲線 156
7.1.2 模態(tài)選取 157
7.1.3 模態(tài)驗(yàn)證 161
7.1.4 斷軌監(jiān)測(cè)應(yīng)用 168
7.2 道岔尖軌缺陷檢測(cè) 169
7.2.1 道岔尖軌裂紋檢測(cè)方法 169
7.2.2 基于基線減法的道岔尖軌缺陷檢測(cè)方法 170
7.2.3 超聲導(dǎo)波傳播特性分析 174
7.2.4 仿真分析 183
7.2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 188
第8章機(jī)器學(xué)習(xí)算法在超聲導(dǎo)波鋼軌無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用 192
8.1 超聲導(dǎo)波信號(hào)分析與特征提取 192
8.1.1 基于SVD的鋼軌裂紋信號(hào)提取 192
8.1.2 基于ICA的鋼軌裂紋識(shí)別研究 196
8.2 基于傳統(tǒng)分類器的裂紋分布區(qū)域識(shí)別 200
8.2.1 鋼軌裂紋特征選擇 200
8.2.2 分類結(jié)果對(duì)比 203
8.3 基于深度學(xué)習(xí)算法的裂紋分布區(qū)域識(shí)別 204
8.3.1 一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 204
8.3.2 鋼軌裂紋檢測(cè)算法設(shè)計(jì) 206
8.3.3 鋼軌裂紋分布區(qū)域識(shí)別算法設(shè)計(jì) 210
參考文獻(xiàn) 213