摘要：钢轨核伤病害是一种产生于钢轨内部的滚动接触疲劳伤损,是最常见、破坏性最大的钢轨病害之一。对于早期核伤病害,可以通过打磨钢轨的方式进行消除,而对于中后期核伤病害,只能通过替换钢轨的方式进行处理,否则将会导致钢轨断裂。因此,钢轨核伤病害的存在对城市轨道交通的安全运营形成了极大的安全隐患,尽早发现钢轨核伤,提高钢轨核伤的检测命中率、减少钢轨核伤的产生,已然成为当前一项相当紧迫的工作。目前对于钢轨核伤的检测工作主要是基于轨检车和钢轨探伤仪进行,存在检测不及时、检测周期长、检测设备投入资金大、检测精度不高、所能检测到的核伤类型受探伤仪限制等弊端。为了弥补现有检测方法的不足,本文提出了一种基于运营车辆转向架加速度进行钢轨核伤检测的新方法。为了提取钢轨核伤病害的特征,本论文首先利用SIMPACK多体动力学软件搭建了基于运营车辆的车辆-轨道动力学模型,并在钢轨上实现了各种典型核伤病害的建模；然后对从仿真模型中得到的转向架加速度信号进行时频分析,分析结果表明与正常钢轨上的检测信号相比,基于核伤病害的检测信号时域波形及功率谱的特征频带均有较为明显的区别；为了同时得到检测信号的空间域位置信息和频域信息,又对检测信号分别进行了小波分析及希尔伯特分析,结果表明基于核伤病害的检测信号的特征频带分别为0-50Hz和300Hz,此外,通过希尔伯特黄变换还得到了核伤病害的“W”形固有振动波形；最后对上海地铁1号线的实际钢轨不平顺数据进行以上分析,在分析结果中发现了0-50Hz和300Hz的特征频带及“W”形振动波形,因此,验证了基于运营车辆转向架加速度进行钢轨核伤检测的可行性。具体研究工作如下。(1)介绍了钢轨核伤病害的产生机理、扩展形式及其几何轮廓拟合模型。(2)利用SIMPACK多体动力学软件搭建了包含核伤病害的城市轨道交通车辆-轨道动力学模型,具体包括城市轨道交通车辆的动力学模型、轮轨接触模型、包含多种轮廓核伤病害的弹性轨道模型,并采集转向架的振动加速度作为检测信号。其中,重点介绍了钢轨核伤病害及弹性轨道的建模。(3)利用经典的信号分析方法对检测信号进行时频分析,总结出了基于核伤病害的检测信号的时频特征,分析结果验证了该仿真模型的有效性。(4)介绍了小波分析及希尔伯特换变换等信号分析方法,并分别利用该分析方法对基于正常钢轨、核伤钢轨及不同核伤病害程度钢轨的检测信号进行分析,从而获得了核伤病害信号的特征频率及特征振动模态。(5)分别利用上述分析方法对上海地铁1号线的实际轨道不平顺数据进行分析,结果验证了基于运营车辆转向架加速度进行钢轨核伤检测的可行性。