基于DSTFT的无缝线路稳定性分析.pdfVIP

第30卷第1期 石家庄铁道大学学报(自然科学版) v。1．30No．1 of Tiedao Science 2017年3月Journal University(Natural Shijiazhuang 基于DSTFT的无缝线路稳定性分析 郭磊。雷鸣。祁欣 (北京化工大学理学院，北京100029) 摘要：基于离散短时傅里叶变换(DSTFT)思想提出了一种新的CWR稳定性分析方法，该 方法利用DSTFT算法对线路纵向各采样点处测得的应力进行计算，并绘制各采样点处应力的 幅度和频率在线路纵向上的三维分布图谱。通过对图谱的研究，建立了CWR稳定性评估条件， 实现了对CWR稳定性的定量分析。经过对北京丰台区某CWR的多次试验，结果证明该方法 的分析结论准确可靠。 关键词：无缝线路；离散短时傅里叶变换；稳定性评估；无损检测 中图分类号：U213．2+13 O 引言 铁路运输作为主要的运输方式之一，已经在世界各国得到了广泛应用。近年来，随着社会经济的发 展，对铁路运力的高速化和重载化也提出了更高的要求，因此元缝线路(CWR)成为现代铁路铺设的首选 方案之一。 CWR具有行车速度快，平稳性好、维护成本低、使用寿命长等优点。然而，由于CWR仅能在钢轨两 端的伸缩区内伸缩，在固定区则很难伸缩。当外界温度过高或过低时，将在钢轨内部产生较大的温度应 力。此外，钢轨本身也具有一定的残余应力[1]，两种应力叠加很可能降低CWR的稳定性，甚至使CWR 发生胀轨跑道，危及行车安全。 对CWR稳定性的检测评估，过去主要依靠铁路工人的观察和经验判断；铁路维护部门为保证CWR 安全运营，会进行定期应力放散，这样虽然能降低CWR的失稳风险，但人力物力消耗过大。1977年，铁 道科学研究院根据能量法构建了“统一无缝线路稳定性计算公式，，[2|，为CWR的稳定性评估提供了一种 理论分析方法；2003年，韩国学者Lim等口3通过建立三维有限元模型讨论了道床阻力在横向、纵向和竖向 安全温升评估稳定性的新方法[5]。上述方法分别从不同角度对CWR的稳定性进行了研究，为CWR的 设计和维护提供了技术借鉴，但大都集中在CWR稳定性的理论分析上，对实际CWR稳定性的考察不够 全面。 了一种新的CWR稳定性检测评估方法，并利用该方法对北京丰台区某CWR进行了多次试验，其结果证 明该方法的分析结论准确可靠。 1 DSTFT理论 导致CWR失稳的主要因素是钢轨中的温度压力[6]，同时，扣件松动、道钉缺失和轨枕失效等因素会 收稿日期：2016·叭一15责任编辑：刘宪福 IX)I：10．13319／j．cnki．sjztddxxbzrb．2017．01．09 基金项目：国家自然科学基金 通信作者：祁欣(1952一)，男，博士，教授，研究方向为无损检测、无缝线路。E—mail：qixin@mail．butt．edu．cn 郭磊，雷鸣，祁欣．基于DSTFT的无缝线路稳定性分析[刀．石家庄铁道大学学报：自然科学版，2017，30(1)：46—51． 万方数据 第1期 郭磊等：基于DSTFT的无缝线路稳定性分析 47 导致钢轨各点处温度压力出现波动，因此，CWR稳定性检测的主要任务是考察CWR上各点处应力的大 小、整体CWR中应力的波动情况以及应力波动的具体位置。针对以上问题，本文引入DSTFT思想，以 钢轨的纵向作为时间轴，通过在钢轨纵向上添加适当的窗函数把整体钢轨中的应力信号盯划分为若干小 段，并通过平移窗函数覆盖全局应力信号。最终得到应力信号随钢轨长度变化的幅值和频率值的分布 图，它能够反映应力信号的频率成分随长度变化的规律。因此在钢轨上咒点处的应力盯(咒)的DSTFT定 义为‘7] L一1 DSTFT(n，厂)一∑a(nR+r)H(r)e2咖儿 (1) r=0 式中，n表示分帧序列号，相当于应力检