Simulation Methods of Ultrasonic Guided Wave Propagation Mechanism and Sensor Deployment in Rail

Dieses Kapitel vertieft die fortgeschrittenen Simulationsmethoden zur ultraschallgeführten Wellenausbreitung in Schienen und nutzt Finite-Elemente-Techniken, um das Wellenverhalten in verschiedenen Schienenabschnitten zu verstehen. Es beginnt mit einer Einführung in das Potenzial ultraschallgelenkter Wellen in der Eisenbahnprüfung und beleuchtet die Herausforderungen, die von der komplexen Eisenbahnstruktur ausgehen. Das Kapitel untersucht dann den Einsatz der COMSOL-Software zur Simulation der Wellenausbreitung an wichtigen Erkennungspunkten wie Basis, Netz und Kopf der Schiene. Die Auswahl der zentralen Frequenz für ultraschallgeführte Wellen wird diskutiert, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung von Wellenausbreitungsabstand und Empfindlichkeit liegt. Das Kapitel enthält auch eine detaillierte Analyse piezoelektrischer Wandler, wobei entsprechende Schaltungsmodelle zur Bestimmung ihrer Resonanzfrequenzen und Impedanzeigenschaften verwendet werden. Die Modellierung und Simulation einer 500 mm langen Schiene mit PZT-Aufputz-Sensoren wird vorgestellt, ebenso die Ergebnisse der Wellenausbreitung und des Signalempfangs. Das Kapitel schließt mit Vorschlägen für optimale Sensorplatzierungsstrategien zur effektiven Querschnittsprüfung von Schienen auf Grundlage des beobachteten Wellenverhaltens und empfangener Signale.