基于半解析谱元法的钢轨导波频散特性分析

罗伟兵; 陈华鹏; 李浩华; 康晨曦; 张国印; 周杭

doi:10.16749/j.cnki.jecjtu.20250925.004

华东交通大学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (05) : 13 -20. DOI: 10.16749/j.cnki.jecjtu.20250925.004

基于半解析谱元法的钢轨导波频散特性分析

罗伟兵, 陈华鹏, 李浩华, 康晨曦, 张国印, 周杭

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摘要

文章着重研究钢轨导波的频散特性，提出了半解析谱元法，并通过此方法建立了钢轨导波传播的有限元模型。首先，利用谱元法改进了传统半解析有限元法，推导出波导结构特征方程；其次，基于该特征方程，计算出铝板的频散曲线，分析了导波的频散特性，通过与铝板的解析解对比，验证了半解析谱元法的计算准确性；随后，建立了钢轨导波半解析谱元法的计算模型，研究了钢轨中导波的频散特性；最后，利用RITEC RAM-5000 SNAP非线性高能超声导波实验设备，开展了CHN60钢轨导波实验。结果表明，理论计算获取的群速度与实验测得的群速度高度吻合，相对误差仅为0.99%。可见，半解析谱元法在钢轨导波频散特性分析中具有良好的精确性和可行性，为钢轨导波损伤检测提供了理论依据。