钢轨裂纹导波检测的柔性压电复合材料传感技术研究

作者：沈意平^*; 吴迪; 张博南; 毕超; 蒋帅

来源：仪器仪表学报, 2021, 42(11): 62-70.

DOI：10.19650/j.cnki.cjsi.J2108375

• PZT/环氧树脂复合材料
• 超声导波
• 钢轨
• 裂纹
• 到达时间

钢轨裂纹监测是保障铁路基础部件安全的重要研究课题之一。超声导波在钢轨中具有衰减小、传感距离远、检测效率高等优点,可实现钢轨长距离快速检测。传统的超声导波传感器大都采用PZT陶瓷制成,质地硬脆、易碎裂,不能满足钢轨长期在线监测使用要求。本文提出将柔性0～3型PZT/环氧树脂复合材料用作钢轨超声导波传感器,实验研究该柔性压电复合材料的力学性能及其对导波的传感特性,结合有限元仿真分析和实验测试,分析了钢轨中激励导波模态特性及其裂纹反射波的延迟到达时间,探讨压电复合材料传感器应用钢轨裂纹导波信号检测的适用性和有效性。研究结果表明:PZT/环氧树脂复合材料传感器具有良好的柔韧性和线性灵敏度,在5℃～75℃温度范围内能够有效检测到导波信号;不同传感路径得到的钢轨导波检测信号与有限元仿真信号基本一致,裂纹反射波到达时间相近,这将为钢轨裂纹在线监测提供新型的柔性压电复合材料传感技术。

• 单位
  中国铁道科学研究院集团有限公司; 湖南科技大学