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第 38 卷 第 3 期 Vol. 38, No. 3
2019 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2019

⋄ 研究报告 ⋄

钢轨踏面的空气耦合超声检测方法 ∗

常俊杰 1,2† 李媛媛 1 胡 宸 1 邬瑞峰 3 卢 超 1

(1 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室 南昌 330063)
(2 日本探头株式会社 横滨 2320033)
(3 中车唐山机车车辆有限公司 唐山 063035)

摘要 该文针对钢轨踏面浅表面裂纹提出非接触空气耦合超声类瑞利波的检测方法。首先利用半有限元法
求解了 CHN60 型钢轨的振动模式，抽出了钢轨轨头踏面的振动模态结构和频散曲线，并搭建实验系统，根据
Snell 法则和声源在空气中的声场分布确定了检测参数，最后从理论和实验两方面着手对钢轨踏面浅表面裂纹
的有无及裂纹大小进行了实验分析和数值计算，其结果非常吻合，证明了空气耦合超声导波检测方法的可行
性和可靠性。
关键词 空气耦合超声波，钢轨踏面，半解析有限元，浅表面裂纹
中图法分类号: TG115; TB533+.1 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2019)03-0405-06
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2019.03.017

Air coupled ultrasonic testing method for rail tread

CHANG Junjie 1,2 LI Yuanyuan 1 HU Chen 1 WU Ruifeng 3 LU Chao 1

(1 Key Lab of Nondestructive Testing, Ministry of Education, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China)

(2 Japan Probe Co., Ltd., Yokohama 2320033, Japan)
(3 CRRC Tangshan Co., Ltd., Tangshan 063035, China)
Abstract In this paper, a non-contact air-coupled ultrasonic Rayleigh wave detection method is proposed for
shallow surface cracks on rail treads. Firstly, the vibration mode of CHN60 rail head is solved by semi-finite
element method. The vibration mode structure and dispersion curve of the rail head tread are extracted, and
an experimental system is built. The detection parameters are determined according to Snell rule and the sound
field distribution of sound source in the air. Finally, the experimental analysis and numerical calculation of
cracks on the shallow surface of rail tread are carried out from both theoretical and experimental aspects. The
results are in good agreement, which demonstrate the feasibility and reliability of the air-coupled ultrasonic
guided wave detection method.
Key words Air coupled ultrasonic, Rail tread, Semi analytical finite element, Shallow surface crack

2018-09-26 收稿; 2018-12-28 定稿
国家自然科学基金项目 (11464030), 南昌航空大学研究生创新专项资金项目 (YC2018044)
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作者简介: 常俊杰 (1964- ), 女, 辽宁大连人, 博士, 副教授, 研究方向: 测试计量技术及仪器。
† 通讯作者 E-mail: junjiechang@hotmail.com