一种铁路轨道多模态振动波的测试方法、装置及设备

本申请涉及一种交通轨道测试，更具体地说，它涉及一种铁路轨道多模态振动波的测试方法、装置及设备。

背景技术：

1、轨道振动在车轮与轨道的相互作用中起着重要作用，特别是在高频范围内。铁路工程中的噪声和波纹问题与轨道振动有关；例如，侧向和垂直轨道模式在500-1600赫兹的滚动噪声辐射中占主导地位，一般在高达5千赫兹的较高频率下仍然很重要。据报道，短节距波纹与大约1千赫兹的销钉共振有关，这是一种波长为两个枕木间距的轨道垂直弯曲模式。最近，对短节距波纹的新认识提出，纵向轨道模式是波纹启动的原因。因此，对垂直、纵向和横向方向的轨道振动的调查对于理解这些问题具有重要意义。铁路振动可以被看作是一系列传播波的叠加。

2、波数-频率色散关系以及相位和群速度为振动波的传播特性提供了基本信息，尽管许多模型预测了自由轨道中的多种波模式，但目前少有区分不同波模式的实验方法。目前现有技术中使用的单加速度小波方法的准确性可能会因轨道两端的波反射而降低，但其测量精度交较差，很难适用于复杂轨道结构振动波的测试。

3、因此，现有技术提供的单加速度小波方法在轨道两端波反射的影响下可能导致准确性降低，并且测量精度较差，难以适用于复杂轨道结构振动波的测试。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种铁路轨道多模态振动波的测试方法、装置及设备，本申请提高了轨道结构振动波测量的精度和准确性。

2、本申请的第一方面，提供了一种铁路轨道多模态振动波的测试方法，方法包括：

3、采用操作挠度形状测量法测量出铁路轨道结构在频率波数域内的位移响应曲线；

4、对位移响应曲线进行同步多加速小波变换处理，得到铁路轨道结构的频散曲线；

5、基于所述频散曲线识别出铁路轨道结构的多模态振动波。

6、在一种实现方案中，对位移响应曲线进行同步多加速小波变换处理，得到铁路轨道结构的频散曲线，具体为：

7、对位移响应曲线进行傅里叶变换，得到弹性波的模态叠加量；

8、对弹性波的模态叠加量进行floquet变换，得到轨枕在频域内的响应解；

9、获取自由边界条件下的标准模态函数，根据轨枕在频域内的响应解确定在自由振动下的边界条件，将边界条件代入标准模态函数，计算出自由边界条件下钢轨的固有模态、频率及原始模态系数；

10、将原始模态系数进行单位化处理，得到第p阶模态系数；

11、根据第p阶模态系数计算出道砟的模态；

12、根据轨枕在频域内的响应解、钢轨的固有模态、频率及原始模态系数和道砟的模态构建弹性波传播特征方程，求解弹性波传播特征方程，得到不同波数下对应的特征值，结合所述特征值构建铁路轨道结构的频散曲线。

13、在一种实现方案中，对位移响应曲线进行傅里叶变换，具体为：依据辅助函数对位移响应曲线进行傅里叶级数展开。

14、在一种实现方案中，所述自由振动下的边界条件的表达式为：其中，θs分别表示轨枕横向、垂向的转角，us分别表示轨枕横向、纵向、垂向的位移，ls表示扣件间距，y表示钢轨的某一点位置。

15、本申请的第二方面，提供了一种铁路轨道多模态振动波的测试装置，装置包括：

16、第一测量模块，用于采用操作挠度形状测量法测量出铁路轨道结构在频率波数域内的位移响应曲线；

17、第二测量模块，用于对位移响应曲线进行同步多加速小波变换处理，得到铁路轨道结构的频散曲线；

18、波识别模块，用于基于所述频散曲线识别出铁路轨道结构的多模态振动波。

19、在一种实现方案中，第二测量模块，具体用于：

20、对位移响应曲线进行傅里叶变换，得到弹性波的模态叠加量；

21、对弹性波的模态叠加量进行floquet变换，得到轨枕在频域内的响应解；

22、获取自由边界条件下的标准模态函数，根据轨枕在频域内的响应解确定在自由振动下的边界条件，将边界条件代入标准模态函数，计算出自由边界条件下钢轨的固有模态、频率及原始模态系数；

23、将原始模态系数进行单位化处理，得到第p阶模态系数；

24、根据第p阶模态系数计算出道砟的模态；

25、根据轨枕在频域内的响应解、钢轨的固有模态、频率及原始模态系数和道砟的模态构建弹性波传播特征方程，求解弹性波传播特征方程，得到不同波数下对应的特征值，结合所述特征值构建铁路轨道结构的频散曲线。

26、在一种实现方案中，对位移响应曲线进行傅里叶变换，具体为：依据辅助函数对位移响应曲线进行傅里叶级数展开。

27、在一种实现方案中，所述自由振动下的边界条件的表达式为：其中，θs分别表示轨枕横向、垂向的转角，us分别表示轨枕横向、纵向、垂向的位移，ls表示扣件间距，y表示钢轨的某一点位置。

28、本申请的第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

29、存储器，用于存储程序；

30、处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行本申请提供的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法。

31、本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现本申请提供的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法。

32、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

33、本申请创造性地融合了操作挠度形状(ods)测量技术与同步多加速小波(smaw)分析方法，为复杂轨道结构的振动波测量带来了突破，在这一框架中，ods技术作为前端数据采集工具，精准捕捉轨道在振动过程中的实时挠度变化形态，为smaw分析提供了详尽且精确的空间位移信息。随后，smaw方法利用ods技术导入的这些数据，同步处理ods数据，快速且准确地识别并区分出振动波中的不同模式，包括但不限于横波、纵波及其复杂的耦合波。这种ods-smaw联合方法不仅大幅度提升了振动波测试的精度，还显著增强了其在复杂多变的轨道结构中的应用潜力，为深入理解轨道振动特性提供了强有力的技术支持，有效克服了传统测试方法在处理此类复杂问题时的精度和准确度不足的问题。

技术特征：

1.一种铁路轨道多模态振动波的测试方法，其特征在于，方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法，其特征在于，对位移响应曲线进行同步多加速小波变换处理，得到铁路轨道结构的频散曲线，具体为：

3.根据权利要求2所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法，其特征在于，对位移响应曲线进行傅里叶变换，具体为：依据辅助函数对位移响应曲线进行傅里叶级数展开。

4.根据权利要求2所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法，其特征在于，所述自由振动下的边界条件的表达式为：其中，θs分别表示轨枕横向、垂向的转角，us分别表示轨枕横向、纵向、垂向的位移，ls表示扣件间距，y表示钢轨的某一点位置。

5.一种铁路轨道多模态振动波的测试装置，其特征在于，装置包括：

6.根据权利要求5所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试装置，其特征在于，第二测量模块，具体用于：

7.根据权利要求6所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试装置，其特征在于，对位移响应曲线进行傅里叶变换，具体为：依据辅助函数对位移响应曲线进行傅里叶级数展开。

8.根据权利要求6所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试装置，其特征在于，所述自由振动下的边界条件的表达式为：其中，θs分别表示轨枕横向、垂向的转角，us分别表示轨枕横向、纵向、垂向的位移，ls表示扣件间距，y表示钢轨的某一点位置。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至4任一权利要求所述的一种铁路轨道多模态振动波的测试方法。

技术总结本申请公开了一种铁路轨道多模态振动波的测试方法、装置及设备，涉及交通轨道测试技术领域，其技术方案要点是：采用操作挠度形状测量法测量出铁路轨道结构在频率波数域内的位移响应曲线；对位移响应曲线进行同步多加速小波变换处理，得到铁路轨道结构的频散曲线；基于所述频散曲线识别出铁路轨道结构的多模态振动波。本申请提高了轨道结构振动波测量的精度和准确性。技术研发人员：赵才友,张鑫浩,雷佳鑫,高鑫,赵炎南,王宇轩,胡思安受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4