轨道交通是城市交通运输量的主要承担者,随着列车运量不断增加,行驶里程日益增长,列车转向架构架内部应力急速提高,并出现不同程度疲劳,产生裂纹,最终导致构架失效,威胁车辆运行安全。考虑到人工维修成本高,基于超声无损检测的计划修难以在线诊断列车运营过程中的结构损伤等问题,本文将结构健康监测的理念引入城轨列车关键部位结构损伤检测过程,提出基于兰姆波的城轨列车转向架构架结构健康监测技术,主要研究工作如下:(1)本文研究了兰姆波产生原理及其各模态在结构中的质点位移,探究了兰姆波在各向同性材料中的频散特征曲线;基于转向架构架的机械结构及材料特性,选择压电陶瓷晶片作为激励波及响应波的传感器,并探讨其耦合布设方式;基于传感器、频散曲线、及转向架构架结构,选定了适合转向架构架材料的激励波中心频率及激励模态。(2)为研究兰姆波在构架中的实际传播过程及模态转换,利用ABAQUS对构架钢材料内的兰姆波传播过程进行有限元分析;建立了转向架构架侧梁外立板有限元仿真模型,对损伤作用后兰姆波传播模态转化及构架内各模态波能量进行分析,确定了转向架专属的激励波中心频率及模态。(3)为实现对转向架构架这类复杂结构的损伤识别,研究了基于兰姆波的分频谱(Split Spectrum Processing,SSP)损伤定位算法,此算法较传统的基于信号Hilbert包络线确定飞行时间的算法精度更高;研究了基于时间反转法的直接时间反转及合成时间反转成像法,实现了损伤的定位与成像。(4)提出了专门针对城轨列车转向架构架的结构健康监测系统应用方案,通过实地实验验证了方案可行且具有较高精度。