融合光纤传感与压电感知的列车结构健康监测方法

结构健康监测技术是提升列车运行可靠性、安全性，降低运营成本的变革性技术。针对列车转向架结构损伤诊断与寿命预测的需求，提出融合光纤传感与压电感知的转向架材料试样结构健康监测方法，并构建基于光纤传感的结构载荷识别方法，利用光纤测量的应变信息反演结构所受的外部载荷，识别结果可为结构寿命预测提供载荷输入。同时，研究压电感知Lamb波信号在不同裂纹长度下的变化规律，基于相关系数法建立用于表征裂纹长度的损伤指数模型，实现对结构裂纹损伤萌生、扩展全过程的损伤诊断。依据所提出的列车结构健康监测方法框架，对压电传感器实时诊断的结构裂纹损伤情况建立仿真模型，使用光纤传感器反演得到的外部载荷对仿真模型进行加载。最后，开展列车转向架构架材料试样的疲劳试验，结果表明：基于光纤传感的反演载荷与真实载荷间的相对误差为1.30%，损伤因子与裂纹长度相关系数达到0.97。研究成果可推进结构健康监测方法在高速列车上的工程化应用。