【摘 要】
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车轮多边形磨耗是我国高速动车组车辆一种典型的车轮失圆形式,会引起轮轨系统中高频冲击振动,基于钢轨振动加速度测量可实现车轮多边形状态在线实时监测。目前大多采用商业压电加速度传感器测量钢轨振动加速度,难以兼顾高灵敏度、高固有频率和高测量精度的需求。基于此,针对车轮多边形荷载下钢轨中高频振动特征与现有商用压电加速度传感器存在的不足,提出一种表征压电加速度传感器性能指标与结构参数相互关系的理论设计方法,设
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车轮多边形磨耗是我国高速动车组车辆一种典型的车轮失圆形式,会引起轮轨系统中高频冲击振动,基于钢轨振动加速度测量可实现车轮多边形状态在线实时监测。目前大多采用商业压电加速度传感器测量钢轨振动加速度,难以兼顾高灵敏度、高固有频率和高测量精度的需求。基于此,针对车轮多边形荷载下钢轨中高频振动特征与现有商用压电加速度传感器存在的不足,提出一种表征压电加速度传感器性能指标与结构参数相互关系的理论设计方法,设计一种兼顾固有频率、灵敏度和精度的改进型差动式压电加速度传感器。主要内容如下:（1）差动式压电加速度传感器理论分析。对比分析各类型压电加速度传感器结构与性能特点,提出一种兼顾传感器灵敏度与固有频率的改进型差动式压电加速度传感器结构方案,建立差动式压电加速度传感器动力学模型,推导传感器灵敏度与固有频率计算方法。（2）差动式压电加速度传感器优化设计。采用理论计算与仿真分析相结合的方法,提出一种表征差动式压电加速度传感器性能指标与结构参数相互关系的函数模型,分析结构尺寸参数对传感器测量误差、固有频率、阻尼比、灵敏度、线性度等性能指标的影响;建立差动式压电加速度传感器三维有限元模型,仿真分析传感器性能指标随结构尺寸参数的变化规律,确定兼顾高固有频率、高灵敏度与低测量误差的改进型差动式压电加速度传感器最优结构参数。（3）差动式压电加速度传感器应用仿真。仿真验证改进型差动式压电加速度传感器用于车轮多边形荷载作用下钢轨振动加速度测量的可行性。建立差动式压电加速度传感器与轨道结构三维有限元耦合模型,仿真分析差动式压电加速度传感器性能指标随车轮多边形荷载作用下钢轨振动响应的变化规律,验证所设计的差动式压电加速度传感器用于中高频振动监测的可行性。
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