Rail Crack Monitoring Using Acoustic Emission Technique

این پایان نامه یک استراتژی نوآورانه برای نظارت بر ترک راه آهن با استفاده از تکنیک انتشار صوتی (AE) ارائه می دهد. مطالعه میدانی ارائه شده یک پیشرفت قابل توجه در مطالعات آزمایشگاهی در ادبیات از نظر مشخصات پیچیده ریل و شرایط ترک و همچنین نویز عملیاتی بالا است. امواج AE ناشی از انتشار ترک، بسته شدن ترک، ضربه ریل چرخ و نویز عملیاتی از طریق یک سری آزمایش‌های آزمایشگاهی و میدانی به‌دست آمدند و با تبدیل موجک (WT) و تبدیل موجک همزمان (SWT) آنالیز شدند. یک شاخص مبتنی بر توان موجک و اسکالوگرام SWT افزایش یافته به طور متوالی برای طبقه‌بندی امواج AE ناشی از مکانیسم‌های مختلف با توجه به توزیع انرژی آنها در حوزه زمان-فرکانس پیشنهاد شد. یک روش جدید اندازه‌گیری ترک با بهره‌گیری از امواج AE ناشی از بسته شدن ترک بر اساس آزمایش‌های خستگی در آزمایشگاه توسعه داده شد. ویژگی‌های انتشار امواج AE در راه‌آهن مورد بررسی قرار گرفت و آنتروپی موجک همزمان فشرده شده Tsallis (TSWE) با زمان در نهایت برای شناسایی و مکان‌یابی ترک‌های ریلی در میدان ارائه شد. استراتژی پیشنهادی برای تشخیص، مکان یابی و اندازه ترک های ریلی به اطمینان از عملکرد ایمن و روان سیستم راه آهن کمک می کند. این پایان نامه مورد توجه دانشجویان تحصیلات تکمیلی، محققین و دست اندرکاران در زمینه پایش سلامت سازه است.

This thesis provides an innovative strategy for rail crack monitoring using the acoustic emission (AE) technique. The field study presented is a significant improvement on laboratory studies in the literature in terms of complex rail profile and crack conditions as well as high operational noise. AE waves induced by crack propagation, crack closure, wheel-rail impact and operational noise were obtained through a series of laboratory and field tests, and analyzed by wavelet transform (WT) and synchrosqueezed wavelet transform (SWT). A wavelet power-based index and the enhanced SWT scalogram were sequentially proposed to classify AE waves induced by different mechanisms according to their energy distributions in the time–frequency domain. A novel crack sizing method taking advantage of crack closure-induced AE waves was developed based on fatigue tests in the laboratory. The propagation characteristics of AE waves in the rail were investigated, and Tsallis synchrosqueezed wavelet entropy (TSWE) with time was finally brought forward to detect and locate rail cracks in the field. The proposed strategy for detection, location and sizing of rail cracks helps to ensure the safe and smooth operation of the railway system. This thesis is of interest to graduate students, researchers and practitioners in the area of structural health monitoring.