为保障行车安全,实时监测钢轨服役状态具有重要的意义。超声导波是指超声波在杆、管、板等结构的波导介质传播时,不断与介质的上下边界发生折射、反射及纵波一横波之间的波形转换作用而产生的波。超声导波具有检测频率相对较低、传播距离远、检测距离长等特点,因此特别适用于长距离检测领域,如管道检测、钢轨检测等。从这个意义上来说,超声导波是最有效的检测钢轨的方法。钢轨材料作为固体声传播弹性介质,具有良好的声导管特性。提取和分析钢轨中的超声导波信息,就可得到钢轨的信息,包括应力和缺陷等。首先在平板中激发出了对称模态和反对称模态的超声导波(兰姆波),绘制了兰姆波频散曲线,结果与解析法求得的频散曲线取得一致,验证了有限元法仿真超声导波传播特性的可行性。在平板的基础上,进而研究超声导波在钢轨中的传播特性。通过特征频率法绘制出了钢轨在0～5kHz的频散曲线。研究了不同频率的超声导波在钢轨中传播可能存在的模态。分析了钢轨扣件对超声导波的影响,分析了钢轨在不同应力状态时的振动响应曲线,得出通过超声导波波速来判断钢轨内部集中温度应力的结论,还分析了钢轨在断轨状态时的振动响应曲线,得出通过缺陷回波信号可判断断轨信息的结论。选择了满足要求的换能器,研究了超声导波换能器与钢轨耦合的压电效应仿真,为所选换能器激发的超声导波在钢轨中的传播特性提供理论依据,并与实验结果进行对比验证。