文档摘要：针对应变计式轮轨力测量方法的不足,研究一种基于数字图像相关法的非接触式轮轨力测量方法.通过受力分析以及有限元计算,确定钢轨表面非接触测点区域位置.根据轨旁检测的特点设计测量系统的整体方案并分析了其测量原理,对相机进行了分析选型,以实现轮轨力作用下钢轨表面测点区域变形散斑图像的高质量采集.基于数字图像相关法对所采集的变形散斑图像进行分析,采用1阶形函数描述钢轨的变形,并使用零均值归一化差值平方和函数作为相似度的度量指标;为了提高系统的测量分辨精度,在整像素匹配算法的基础上,通过对位移初值进行迭代计算进一步得到亚像素级位移,并使用最小二乘法拟合位移场结果得到相应的应变场.在实验室设计并搭建了具有移动加载功能的轮轨力测量试验系统;通过静态标定试验准确建立了反映钢轨应变和轮轨垂向力大小数学关系的线性标定曲线,并分析讨论了相机工作距离和光照强度等因素对轮轨力测量的影响;在移动载荷作用下进行了轮轨力动态测量试验,与接触式应变计法测量结果进行比较,非接触式数字图像相关法在跨中位置的最大轮轨力测量误差不超过0.3%.动静态测量试验结果表明,数字图像相关法能够实现轮轨力的精确测量,是一种有效的非接触式轮轨力测量方法.
Abstract：Aimingtoaddresstheshortcomingsofthestraingaugetypewheel-railforcemeasurementmethod,thispaperstudiedanon-contactwheel-railforcemeasurementmethodbasedonthedigitalimagecorrelationmethod.Thepositionofthenon-contactmeasurementpointsontherailsurfacewasdeterminedthroughforceanalysisandfiniteelementcalculations.Consideringthetracksidemeasurement,theoverallschemeofthemeasurementsystemwasdesigned,anditsmeasurementprinciplewasanalyzed.Thecamerawascarefullyselectedtocapturehigh-qualitydeformationspeckleimagesoftherailsurfacemeasurementareaundertheactionofwheel-railforce.Basedondigitalimagecorrelationmethod,thecollecteddeformationspeckleimageswereanalyzed,includingusingafirst-ordershapefunctiontodescribethedeformationofthesteelrail,andusingthezero-meannormalizedsumofsquareddifferencesfunctionasanindexofitsshapesimilarity.Moreover,toimprovethemeasurementresolutionaccuracyofthesystem,onthebasisofthewhole-pixelmatchingalgorithm,sub-pixelleveldisplacementwasfurtherobtainedbyiteratingtheinitialdisplacementvalue,andthecorrespondingstrainfieldwasobtainedbyfittingthedisplacementfieldusingtheleastsquaresmethod.Awheel-railforcemeasurementtestsystemwiththecapabilityofmovingloadingwasdesignedandbuiltinthelaboratory.Staticcalibrationtestsaccuratelyestablishedalinearcalibrationcurvereflectingthemathematicalrelationshipbetweenrailstrainandwheel-railverticalforce.Additionally,theinfluenceoffactorssuchasthecameraworkingdistanceandlightintensityonthewheel-railforcemeasurementwasanalyzedanddiscussed.Dynamicmeasurementtestsofwheel-railforcewerealsoconductedundermovingloadingconditions.Comparedwiththemeasurementresultsofthecontactstraingaugemethod,themaximumerrorofthenon-contactdigitalimagecorrelationmethodatthemid-spanpositiondoesnotexceed0.3%.Theresultsofstaticanddynamicmeasurementexperimentsindicatethatthedigitalimagecorrelationmethodcanachieveaccuratemeasurementofwheel-railforceandisaneffectivenon-contactwheel-railforcemeasurementmethod.
作者：钟昊 王雪梅 倪文波 魏丞耀 丁军君Author：ZHONGHao WANGXuemei NIWenbo WEIChengyao DINGJunjun
作者单位：西南交通大学机械工程学院,四川成都610031
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(6)
分类号：U270.7
关键词：轮轨力 数字图像相关法 散斑图像 亚像素匹配 试验研究
Keywords：wheel-railforce digitalimagecorrelationmethod speckleimages sub-pixelmatching experimentalstudy
机标分类号：TP391.41U211.5U467.522
在线出版日期：2024年7月16日
基金项目：四川省国际科技创新合作项目基于数字图像相关法的轮轨力测量研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(6)钟昊 王雪梅 倪文波 魏丞耀 丁军君针对应变计式轮轨力测量方法的不足,研究一种基于数字图像相关法的非接触式轮轨力测量方法.通过受力分析以及有限元计算,确定钢轨表面非接触测点区域位置.根据轨旁检测的特点设计测量系统的整体方案并分析了其测量原理,...参考文献和引证文献
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关键词：轮轨力,数字图像相关法,散斑图像,亚像素匹配,试验研究,
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