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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明提供了一种计算钢轨中零阶水平剪切波频散曲线的方法及装置，涉及超声导波无损检测技术领域，包括获取第一信息，第一信息包括钢轨尺寸信息和材料信息；根据第一信息进行建模处理并定义材料属性得到第二信息；根据第二信息进行全局网格划分处理得到第三信息，第三信息为包含了单元和节点信息的钢轨单胞整体模型；对第三信息施加周期性边界条件得到第四信息；根据第四信息进行公式推导处理得到第五信息；根据第五信息进行求解处理得到第六信息；对第六信息进行过滤处理得到零阶水平剪切波的频散曲线及对应的波形结构。本发明为快速辨识钢轨中的零阶水平剪切波提供了一种可行的方法，可为研发基于零阶水平剪切波的钢轨无损检测技术提供支撑。

主权项：1.一种计算钢轨中零阶水平剪切波频散曲线的方法，其特征在于，包括：获取第一信息，所述第一信息包括钢轨尺寸信息和材料信息；根据所述第一信息进行建模处理，通过构建钢轨的三维代表性单胞结构并定义材料属性得到第二信息，所述第二信息为钢轨基础结构模型；根据所述第二信息进行全局网格划分处理得到第三信息，所述第三信息为包含了单元和节点信息的钢轨单胞整体模型；对所述第三信息中钢轨单胞的两个垂直于轴向的端面施加弗洛凯周期性边界条件，并通过使用预设的位移控制方程链接源面和目标面的位移场得到第四信息，所述第四信息为边界条件模型；根据所述第四信息进行公式推导处理，通过采用谐波假设和虚功原理推导得到第五信息，所述第五信息为无阻尼条件下的特征方程；根据所述第五信息进行求解处理，通过设定扫描区间和步长对波数进行扫描，并计算每个波数对应的特征频率及波形结构得到第六信息，所述第六信息包括相速度频散曲线和波形结构信息；基于预设的研究区域类SH0模态过滤算法对所述第六信息进行过滤处理，通过识别并确认满足研究区域类SH0模态固有属性特征的导波模态，整合得到零阶水平剪切波的频散曲线及对应的波形结构；其中，根据所述第五信息进行求解处理，通过设定扫描区间和步长进行扫描，并计算每个波数对应的特征频率及波形结构得到第六信息，包括：获取扫描参数，所述扫描参数包括波数的扫描区间和步长；根据所述扫描参数进行扫描处理，通过在每一个波数下单独求解所述第五信息中的特征方程得到第一阶段结果，所述第一阶段结果包括每个波数对应的特征频率和波形结果；根据所述第一阶段结果计算每个波数对应的特征频率下的钢轨单胞应力场和应变场得到第二阶段结果；根据第二阶段结果进行整合计算得到第六信息；其中，基于预设的研究区域类SH0模态过滤算法对所述第六信息进行过滤处理，通过识别并确认满足研究区域类SH0模态固有属性特征的导波模态，整合得到零阶水平剪切波的频散曲线及对应的波形结构，包括：根据所述第六信息进行初步筛选处理，得到基于波数和频率的初始导波模态数据集；根据所述初始导波模态数据集进行能流、剪切位移比和位移分布分析，筛选得到类SH0导波模态；根据所述类SH0导波模态进行数据点处理并连线，得到零阶水平剪切波的频散曲线及对应的波形结构；其中，根据所述初始导波模态数据集进行能流、剪切位移比和位移分布分析，筛选得到类SH0导波模态，包括：根据所述初始导波模态数据集进行能流分析处理，通过计算每个模态在轨头、轨腰或轨底的能量集中情况并进行排序，得到能流集中的第一导波模态数据集；根据所述导波模态数据集计算剪切位移比，并识别出满足水平剪切位移为主导的导波模态并进行排序得到第二导波模态数据集；根据所述导波模态数据集计算剪切位移分布的均匀性，通过识别剪切位移沿厚度方向均匀分布的导波模态并进行排序，得到第三导波模态数据集；根据所述第一导波模态数据集、所述第二导波模态数据集和所述第三导波模态数据集进行搜索处理，通过相互比较和取交集，筛选出同时满足能流集中、剪切位移为主导和剪切位移沿厚度数均匀分布条件的最优导波模态，得到类SH0导波模态；其中，根据所述初始导波模态数据集进行能流分析处理，通过计算每个模态在轨头、轨腰或轨底的能量集中情况并进行排序，得到能流集中的第一导波模态数据集，包括：根据所述初始导波模态数据集进行能流分布计算，通过分别计算每个导波模态在钢轨单胞中轨头、轨腰和轨底的能流，得到能流分布数据；根据所述能流分布数据进行面积积分处理，计算得到各区域的能流总值；根据所述能流总值计算得到每个导波模态在研究区域的能流比；基于所述能流比对所有模态进行排序处理，通过将所述能流比从大到小排列得到第一导波模态数据集。

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