基于几何中心的非破坏性评估的规模化增材制造：五种不同铁路枕木模型的案例研究

本研究介绍了一种实验性非破坏性评估（NDE）方法，系统性地比较五种几何上不同的铁路枕木设计的模态行为，使用缩放的3D打印原型和精确动态测试。全尺度模态研究受到尺寸、增强复杂性、混凝土生产的变异性，以及制造和测试高成本的限制。通过在受控的自由—自由边界条件下使用增材制造的微型试件，这些挑战得以克服，建立了一个可重复的平台，孤立几何引起的振动行为。在五种枕木类型中，发现了共振频率（503–818 Hz）、阻尼比（0.56–0.83%）和CMIF峰值振幅（5,068–9188）的显著差异，反映了截面几何、惯性分布和模态质量的影响。该方法还使得引入和基准测试一种新开发的H型几何成为可能，这种几何在铁路实践中尚未应用，其在比较中的纳入展示了早期筛选的实际价值。这种比较特征化使得可以在没有全尺度生产的情况下可靠地对枕木性能进行排名，提供了一条快速、经济有效和非破坏性的方法，以识别具有改进振动韧性的配置。所提出的框架为设计长寿命、高性能铁路上部结构组件提供了可扩展的工具，同时也为在动态载荷工程结构中更广泛的NDE和模态拓扑优化（MTO）实践作出贡献。