Multi-fysikalisk simulering av virvelströmssensor och interaktion mellan järnvägsspår

Utveckling av en omfattande multi-fysikalisk modell som simulerar interaktionen mellan en virvelströmssensor och järnvägsspår, vilket möjliggör detektering och differentiering av olika spårdefekter.

Målsättning

Att utveckla en omfattande multifysikalisk modell som simulerar interaktionen mellan en virvelströmssensor och järnvägsspår, vilket möjliggör detektering och differentiering av olika spårdefekter.

Bakgrund

Syftet med projektet är att förbättra förvaltningen av järnvägsinfrastruktur genom att utveckla ett nytt tillvägagångssätt för att upptäcka kritiska spårkomponenter genom multifysikalisk simulering och datadrivna modeller. Målet är att utveckla ett automatiserat övervakningssystem med hjälp av en tågbaserad differentierad virvelströmssensor för kontinuerlig övervakning av flera spårkomponenter, vilket förbättrar driftskapaciteten, servicekvaliteten och säkerheten samtidigt som stillestånd och förseningar minimeras.

Metodik

Projektet använder ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerar experiment, simulering och dataanalys. I det här projektet används robotmätningar för att kvantifiera det magnetiska flödet och utvärdera konfigurationen av sensorspolen. 3D Multiphysics-simuleringar utvecklas för att simulera både friska tillstånd och defekter under driftsförhållanden. I nästa steg kommer en databas som genererats från dessa simuleringar att genomgå databehandling, vilket gör det möjligt för maskininlärningsmodeller att upptäcka avvikelser och klassificera spårkomponenternas tillstånd. Dessutom kommer validering att utföras genom laboratorie- och fälttester, inklusive tågbaserade mätningar. Användningen av dessa verkliga dataset kommer att bidra till att förfina numeriska modeller, säkerställa korrekt defektdetektering och systemtillförlitlighet, vilket i slutändan förbättrar järnvägsunderhållets effektivitet och säkerhetsstandarder.

Status och resultat

En multi-fysikalisk modell har utvecklats för att särskilja olika defekter genom att analysera den spänning som genereras av virvelströmssensorn. Grundmodellen av ett defekt spår, skapad i COMSOL, illustreras i figur 1, där ett rälsbrott representeras som ett litet mellanrum. När sensorn rör sig längs rälsen registrerar den en utspänning, som visas i figur 2. En spänningsspik observeras när sensorn närmar sig defekten, följt av en nedgång när sensorn passerar bort från defekten.

Dessutom visar motsvarande IQ-plot unika mönster för olika defekttyper, vilket underlättar identifiering och klassificering av dem. Figur 3 visar fördelningen av strömtätheten längs spåret och kontrasterar ett defektfritt spår med ett spår som innehåller en defekt.