Все
 
 
 


Моделирование ультразвуковых волн в железнодорожных рельсах с явным выделение дефектов
 
Код статьиS086956520000753-1-1
DOI10.31857/S086956520000043-0
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Фаворская Алена Владимировна 
Аффилиация: Учебно-научно-производственный комплекс Московского физико-технического института
Петров Игорь Борисович
Аффилиация: Научно-исследовательский институт системных исследований Российской Академии Наук
Кабисов Сослан Владимирович
Аффилиация: Московский физико-технический институт (государственный университет)
Название журналаДоклады Академии наук
ВыпускТом 481 Номер 1
Страницы20-23
Аннотация

Работа посвящена численному моделированию ультразвуковых волн в железнодорожных рельсах с явным выделением исследуемых дефектов. Изучается задача ультразвуковой дефектоскопии рельса с наличием вертикального расслоения головки. Моделируется распространение упругих волн в профиле рельса при различных размерах и положениях дефекта. В работе продемонстрирована возможность применения конечно-разностного сеточно-характеристического метода во временной области и полноволнового моделирования для анализа результативности процесса обнаружения дефектов путем ультразвукового неразрушающего контроля железнодорожных путей. Показано, что полноволновое моделирование позволяет выявлять неспособность наиболее распространенного на практике эхо-метода обнаруживать дефекты определенного типа. Показана возможность использования полноволнового суперкомпьютерного моделирования для разработки методик применения на практике дельта-метода ультразвуковых исследований. Также исследования, выполненные в данной работе, демонстрируют перспективность адаптации методов геофизики к анализу результатов ультразвуковой дефектоскопии рельсов.

Ключевые слованеразрушающий контроль рельсов, ультразвуковая дефектоскопия, полноволновое моделирование, сеточно-характеристический метод
Источник финансированияИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-20-01096 офи_м_РЖД.
Получено10.09.2018
Дата публикации13.09.2018
Кол-во символов9127
Цитировать  
100 руб.
При оформлении подписки на статью или выпуск пользователь получает возможность скачать PDF, оценить публикацию и связаться с автором. Для оформления подписки требуется авторизация.

Оператором распространения коммерческих препринтов является ООО «Интеграция: ОН»

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

Оглавление

Введение
Постановка задачи 
Результаты численного моделирования
Заключение
1

Введение

Рельсы подвергаются большим механическим нагрузкам и жестким условиям окружающей среды. Несмотря на значительные технологические успехи, достигнутые в отношении безопасности железнодорожных путей, разрывы рельсов, которым предшествуют имеющиеся дефекты, по-прежнему часто происходят во всем мире, что приводит к крупным крушениям поездов.
2 Следовательно, необходимы новые технологии для обнаружения дефектов рельсов в целях повышения безопасности и эффективности железнодорожного транспорта за счет снижения рисков поломки рельсов и пагубных последствий. В связи с необходимостью отслеживать тысячи километров железнодорожного пути на регулярной основе, самой важной задачей для исследователей является разработка методологий, подходящих для обнаружения дефектов железнодорожными транспортными средствами на более высоких скоростях.
3 В настоящее время в качестве перспективного метода дефектоскопии рельсов рассматривают ультразвуковую дефектоскопию [1]. Одной из особенностей данного метода неразрушающего контроля является возможность его применения непосредственно во время движения поезда. Выделяют несколько основных методов ультразвуковой дефектоскопии: эхо-метод (основанный на анализе непосредственных отражений падающих на дефект ультразвуковых волн от источника), теневой метод (основанный на анализе изменений фронта проходящей через дефект ультразвуковой волны), зеркально-теневой метод (основанный на анализе изменения фронта волны, отраженной от подошвы рельса, при прохождении через дефект) и дельта метод (основанный на изучении рассеянных от дефекта волн). На практике в основном применяются первые три метода, выявляющие соответственно 93%, 5% и около 2% всех дефектов. Дельта-метод является наиболее точным, однако не применяется для рельсовой дефектоскопии в связи со сложностью анализа возникающих рассеянных волновых фронтов. Одним из подходов для решения данной проблемы является узкоспециализированное изучение данных волновых фронтов путем полноволнового суперкомпьютерного моделирования.
4 В данной работе рассматривается метод для численного моделирования неразрушающего контроля железнодорожных путей на примере ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов с вертикальным расслоением головки. Используется явное выделение рассматриваемого дефекта, что позволяет изучать все возникающие при рассеянии волновые процессы, исследовать различные методы дефектоскопии, выделять полезные типы волн. Для этого решается система уравнений, описывающая состояние бесконечно-малого объема сплошной линейно-упругой среды [2,3]. Следует отметить, что аналогичные подходы с той же математической постановкой задачи изучаются в области геофизики для обнаружения трещиноватых зон и других неоднородностей в геологических средах [3-5], что демонстрирует перспективность их адаптации к ультразвуковой дефектоскопии рельсов.

Всего подписок: 0, всего просмотров: 2132

Оценка читателей: голосов 0 

1. Cannon D.F., Edel K.-O., Grassie S.L., Sawley K. Rail defects: an overview // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2003. V. 26. № 10. P. 865−886.
2. Petrov I.B., Favorskaya A.V., Khokhlov N.I., Miryakha V.A., Sannikov A.V., Golubev V.I.Monitoring the state of the moving train by use of high performance systems and modern computation methods // Mathematical Models and Computer Simulations. 2015. V. 7. № 1. P. 51−61.
3. Zhang J. Elastic wave modeling in fractured media with an explicit approach // Geophysics. 2005. V. 70. № 5. P. T75−T85.
4. Zhou K, Wei R. Modeling cracks and inclusions near surfaces under contact loading // International Journal of Mechanical Sciences. 2014. V. 83. P. 163–171.
5. Favorskaya A., Petrov I., Grinevskiy A. Numerical simulation of fracturing in geological medium // Procedia Computer Science. 2017. V. 112. P. 1216−1224.
6. Petrov I.B., Favorskaya A.V., Khokhlov N.I. Grid-characteristic method on embedded hierarchical grids and its application in the study of seismic waves // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2017. V. 57. № 11. P. 1771−1777.
7. Golubev V.I., Petrov I.B., Khokhlov N.I., Shul’ts K.I. Numerical computation of wave propagation in fractured media by applying the grid-characteristic method on hexahedral meshes // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2015. V. 55. № 3. P. 509−518.
8. Magomedov K.M., Kholodov A.S. The construction of difference schemes for hyperbolic equations based on characteristic relations // USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics. 1969. V. 9. № 2. P. 158−176.
9. В.И. Грицык. Дефекты рельсов железнодорожного пути: Учебное иллюстрированное пособие. – М.: Маршрут, 2005, 80 с.
10. Favorskaya A.V., Petrov I.B. A study of high-order grid-characteristic methods on unstructured grids // Numerical Analysis and Applications. – 2016. V. 9. №. 2. С. 171−178.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх