城轨列车具有运载能力强、资源利用节约、运行速度快等特点,是城市出行的重要交通工具。列车转向架构架承受着来自多方向复杂频次和周期的应力载荷,其不规则几何形状和焊接接头容易导致局部动态应力集中,造成损伤甚至断裂情况。目前,转向架构架损伤探测主要根据长时间累计的运行里程安排无损检测,难以在检修周期之间及时发现损伤,存在较大的风险隐患。兰姆波对结构初期轻微损伤敏感,监测过程无需进行结构拆解,是损伤监测的有效方式,所以将兰姆波引入列车转向架构架损伤监测。本文的研究工作主要包括:(1)研究了兰姆波传播特性及激励参数选择。研究了不同材料参数和边界情况对兰姆波信号的传播影响。利用MATLAB求解了钢结构中兰姆波频散曲线,确定兰姆波激励方式、传感器种类、传感器网络布置形式、信号中心频率、信号增益等激励参数。(2)改进了基于信号相关系数的有参考损伤成像算法。根据传感器之间、传感器与结构边界的距离以及兰姆波各模态在待测材料中的波速,自动计算出接收传感器接收到的有效信号段,利用提取出的有效信号段减少无关数据的干扰;引入统计学概念,提出新的相关性系数计算方式;借鉴能量谱相关性减小对外界环境条件的依赖程度;引进图像增强因子和损伤阈值提高损伤对比度,减小定位范围。(3)提出了基于信号相关系数的无参考损伤成像方法。该方法基于等距激励—接收路径对之间的信号相关系数确定结构中的健康路径,不需要事先获取结构未产生损伤时的参考数据。通过互相求解等距离响应信号相关程度筛选出参考信号路径,以未产生或远离损伤的信号传输路径用作该传输距离上的基准信号,再借助存在损伤的信号路径与无损传播路径信号求解损伤存在概率。(4)提出了基于信号飞行时间的混合定位算法。兰姆波在待测结构中传播时遇到损伤产生的时间延迟现象,结合椭圆定位和双曲线定位几何关系设计了一种混合定位算法。该方法能充分利用各传播路径信号到达时间,从而提高对数据的利用率。同时设计了无参考状态下散射波信号计算方法,实现了有参考和无参考两种情形下的混合定位,减小了对结构条件的依赖,扩大了应用范围。最后,通过对转向架构架损伤实例的研究,实地验证了设计的基于兰姆波的转向架构架损伤成像及定位算法,为城轨列车转向架构架损伤成像及定位技术研究提供参考。