轮轨疲劳裂纹的涡流脉冲热响应机理与量化检测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771409
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0114.探测与成像
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The safety of the rail and wheel is an issue which must be solved in the high-speed and heavy-haul railway. Therefore, to improve the capability of fatigue status monitoring in rail/wheel, especial the initial fatigue closure crack which is the key source of rail/wheel damage. This project intends to reveal the electromagnetic induction and thermography mechanism on fatigue closure crack in rail/wheel, research on fast measurement and monitoring these closure cracks’ state (closing or opening) and quantification through theoretical study, module and simulation, experimental study. Based on that, it hopes to improve the fatigue closure crack monitoring capability. First of all, according to the external loading and residual stress distribution on fatigue crack area in rail/wheel, study the eddy current distribution and thermal propagation around the closure crack using theoretical and numerical module ways; then, study the influence of filler between crack which is equivalent as low conductance model, understand the fast measurement mechanism and quantification evaluation of fatigue closure crack using eddy current pulsed thermography. The project will be employed to study wheel fatigue crack detection in high-speed railway, using the uniform field exciting to heat the material, extracting and locating the fatigue crack on wheel tread through thermography image sequences, classing the default and realize the qualification inspection and evaluation for real wheel.
轮轨安全是高速、重载铁路运营必须解决的关键问题。高效掌握轮轨的疲劳损伤状态,尤其疲劳早期的闭合疲劳裂纹的探测能力成为亟待解决的关键问题。本项目拟通过理论分析、建模仿真和试验对比分析揭示轮轨疲劳裂纹在闭合及张开状态下的电磁热作用机理,研究电磁热特征提取和量化方法思路,提升疲劳裂纹状态的检测和量化能力。首先基于负载或残余应力分布对疲劳裂纹的闭合稳态性研究,理论和建模分析闭合裂纹的涡流分布特征和热传导过程;研究轮轨裂纹的填充物质影响,基于弱电导缺陷模型开展涡流脉冲热成像快速检测机理和量化评估;最后针对车轮踏面的前期疲劳损伤,开展弧形踏面均匀场激励优化、疲劳缺陷图像算法优化等基础应用研究,实现对车轮滚动接触区域的疲劳裂纹定量检测和评估。

结项摘要

轮轨疲劳裂纹的探测能力在保障铁路运输安全运营中起着关键作用。传统无损检测方法对疲劳早期的闭合疲劳裂纹表征中存在局限,本项目采用涡流热成像检测方法,结合理论研究、建模仿真和试验验证等手段,系统分析了轮轨疲劳裂纹的电-磁-热作用机理。主要研究内容包括:1)设计了疲劳裂纹缺陷—复合型角度裂纹模型,研究了裂纹侧壁接触和裂纹区域填充所致的裂纹状态改变与电磁热作用机理,进一步完善了电磁激励热成像疲劳裂纹检测模型;2)研究轮轨接触面滚动疲劳裂纹检测及量化方法,结合张量分解算法等提取分离缺陷热响应信息,探究电磁热响应规律,实现疲劳微裂纹定位和评估;3)先后研制了适用于铁路领域的动态车轮、钢轨动态检测实验系统,验证了轮轨疲劳裂纹检测和量化能力。重要成果包括:1)针对疲劳裂纹侧壁局部接触导致的量化困难问题,构建出单点接触闭合弱电导缺陷模型,研究裂纹侧壁接触情况下的电-磁-热分布物理特征,并实现接触区域的深度量化检测;2)结合基于矩阵分解的图像增强方法强化缺陷特征,扩展了热序列图像数据分析技术;3)确立了涡流分布和热扩散过程与空间热序列特征的扰动关系,实现区域多裂纹检测量化;4)完成了铁路车轮弧形踏面均匀场激励模型优化,在此基础上研制了在役车轮检测系统,实现65mm/s转轮速度下0.2mm宽的横向裂纹进行检测;5)研制了动态钢轨巡检实验系统,通过实验验证,可在5km/h速度下对深度范围为0.35mm-5mm的闭合裂纹进行检测。科学与应用意义:相关研究成果针对铁路轮轨疲劳裂纹失效机理及其闭合状态建模研究,对疲劳裂纹的电磁热多物理场表征,对轮对和钢轨早期缺陷检测具有重要的理论价值,对提高轮轨疲劳裂纹的检测和量化评估具有很好的工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(2)
Nondestructive inspection of holes with distinct spacing in plate using the moving mode of Induction Thermography
感应热成像移动模式对板材中不同间距的孔进行无损检测
  • DOI:
    10.1016/j.infrared.2022.104045
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Infrared Physics & Technology
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Xiang Zhang;Jianping Peng;Kailang He;Xiaorong Gao
  • 通讯作者:
    Xiaorong Gao
基于三阶Teager能量算子的轴承诊断技术研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    铁路计算机应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶浩;高晓蓉;邱春蓉;李金龙
  • 通讯作者:
    李金龙
基于改进Faster R-CNN的车轮踏面缺陷检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国铁路
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑茹丹;李金龙;张渝;高晓蓉
  • 通讯作者:
    高晓蓉
Detection of Fatigue Microcrack Using Eddy Current Pulsed Thermography
使用涡流脉冲热成像技术检测疲劳微裂纹
  • DOI:
    10.1155/2021/6647939
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    J. Sensors
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiang Zhang;Jianping Peng;Luquan Du;Jie Bai;Lingfan Feng;Jianqiang Guo;Xiaorong Gao
  • 通讯作者:
    Xiaorong Gao
基于Encoder-Decoder网络的列车轮对激光曲线提取
  • DOI:
    10.16136/j.joel.2021.06.0468
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光电子·激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨凯;罗帅;王勇;高晓蓉;蒋天赐;李春江
  • 通讯作者:
    李春江

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其他文献

“碳中和、碳达峰”背景下真空铝热还原炼镁的未来发展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    真空
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王耀武;狄跃忠;尤 晶;彭建平
  • 通讯作者:
    彭建平
重组质粒pEGFP-C3-caveolin-1构建及在小鼠足细胞中的表达
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    武汉大学学报(医学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    梁伟;丁国华;胡凤琪;任志龙;彭建平
  • 通讯作者:
    彭建平
闽江下游及河口区表层沉积物粘土矿物含量分布特征及其环境意义
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    应用海洋学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    冯华;高爱国;朱旭旭;汪卫国;倪冠韬;彭建平
  • 通讯作者:
    彭建平
抗肿瘤药物依托泊苷促进间充质干细胞成骨分化的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    上海交通大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陆艳青;周兴;李姣;彭建平;王传东;张晓玲
  • 通讯作者:
    张晓玲
铝电解槽废耐火材料的危害与处理方法的研究现状
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    矿产保护与利用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王耀武;桓书星;狄跃忠;彭建平
  • 通讯作者:
    彭建平

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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