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随着我国高速铁路的大量建成通车,保证其可靠、安全、高效运行成为我国铁路运输面临的重大问题。针对钢轨损伤,目前常用超声检测、漏磁检测、涡流检测和视觉检测等无损检测方法,这类方法需要周期性地巡检,而声发射监测技术可以实现钢轨损伤过程的实时监测,并评估钢轨健康状态。材料在受内力或外力条件下产生结构变化,以弹性波形式释放出应变能量的过程称为声发射(Acoustic Emission,AE)。而光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)具有绝缘性好、不用电源供电、抗电磁干扰、质量轻、体积小等优点,可将其封装成传感器代替压电传感器,用于声发射监测。因此,本文围绕基于光纤光栅的钢轨损伤声发射信号监测,分别从声发射-光纤光栅传感基本理论,基于光纤光栅的声发射监测系统构建,钢轨声发射有限元仿真以及钢轨材料拉伸破坏实验声发射信号特征分析四方面做了一系列的研究工作。(1)理论推导了光纤光栅中心波长受声发射应力波调制的过程。通过实验研究了基于匹配滤波解调和基于可调激光器解调两种解调方式的效果,发现使用匹配滤波解调方法得到的光功率微弱,需要高灵敏度的光电探测器进行探测。然后使用304不锈钢和有机玻璃材料分别对光纤光栅进行封装,通过实验测试了两种传感器的响应情况,发现使用有机玻璃进行封装的光纤光栅传感器响应度更高。(2)对提出的基于光纤光栅的声发射监测系统进行了介绍,并用标准声发射信号对该系统进行测试,证明了该系统可以成功探测到声发射信号,并能实时给出声发射信号特征参数。(3)为了将该系统应用到监测钢轨损伤状态,需要分析声发射波在钢轨中的传播情况。首先,基于瑞利-兰姆波方程绘制兰姆波频散曲线。由频散曲线得出板结构中传播的声波以S0扩展波和A0弯曲波为主。然后,基于弹性动力学理论,运用显式积分算法在ABAQUS/Expicit中对钢轨中声发射波传播特性进行了建模和求解,结合实验结果,研究得出声发射波在钢轨中传播时的波形变化规律和信号衰减特性。最后,给出仿真模型的波场快照图,直观展现了声发射波在不同时刻的传播状态。(4)在分析完钢轨中声发射波的传播规律后,还需要通过声发射信号特征判断钢轨是否有损伤以及损伤程度。所以设计了钢轨材料试件拉伸损伤实验,使用本文的基于光纤光栅的声发射监测系统采集整个拉伸过程的声发射信号。随后结合材料的应力-时间曲线对该信号进行了分析。最后得出可以根据声发射信号的特征来判断材料健康状态,证明了该监测系统用于监测钢轨损伤的有效性。