[發明專利]聲發射與水壓試驗相結合的復合材料氣瓶檢驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810026234.1
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108318344A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 鄭津洋;王棟亮;廖斌斌;蔣鵬;顧超華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及復合材料氣瓶檢驗技術，旨在提供一種聲發射與水壓試驗相結合的復合材料氣瓶檢驗裝置及方法。該裝置包括通過管路連接至復合材料氣瓶的水壓泵，管路上設有壓力表和壓力傳感器，水泵調節系統通過信號線分別連接壓力傳感器和水壓泵；復合材料氣瓶呈水平放置，瓶身表面布置了分別通過信號線連接至聲發射檢測系統的六個諧振式傳感器和兩個寬頻傳感器；聲發射檢測系統同時采集來自諧振式傳感器和寬頻傳感器的聲發射信號，以及來自壓力傳感器的壓力變化數據；本發明采用寬頻技術的模態式聲發射，能將聲發射信號波形與聲發射的物理過程相聯系并能采集較寬的頻率范圍內的波形信息。能夠有效地評定復合材料氣瓶的損傷狀態，保證氣瓶的使用安全性。

技術領域

本發明是關于復合材料氣瓶檢驗技術，特別涉及一種聲發射與水壓試驗相結合的復合材料氣瓶檢驗裝置及方法。

背景技術

當前，復合材料氣瓶因具有高強度、低密度、高可靠性及安全性等優點廣泛應用于航空航天、交通運輸、石油化工等領域，但這也對氣瓶的定期檢驗提出了較大挑戰。水壓試驗能考察壓力容器的強度，暴露其存在的缺陷，是壓力容器定期檢驗中的一種重要方法。對于復合材料氣瓶，現有標準規定定期檢驗需采用水壓試驗，但僅采用水壓試驗不能反映纖維纏繞層的損傷程度，其檢測能力具有較大的局限性。

聲發射技術作為一種無損檢測方法，能夠實現對復合材料的基體開裂、纖維/基體脫粘和纖維斷裂等損傷形式的識別和定位，在復合材料層合板無損檢測領域已得到了初步應用。目前，基于參數分析技術的諧振式聲發射由于使用諧振式傳感器而具有很高的靈敏度，但諧振式傳感器的響應頻率范圍較窄，且往往會掩蓋聲發射源本質的信息。

此外，目前水壓試驗常規的加載方式是持續加壓至水壓試驗壓力，但這種方式來源于水流沖擊與摩擦的干擾噪聲較大。如果只是簡單地將諧振式聲發射與現有的水壓試驗技術結合，會嚴重影響聲發射技術的檢測精度。因此，探索一種適合聲發射技術的水壓試驗加載方式和試驗方法尤為重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種聲發射與水壓試驗相結合的復合材料氣瓶檢驗裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種聲發射與水壓試驗相結合的復合材料氣瓶檢驗裝置，包括通過管路連接至復合材料氣瓶的水壓泵；在所述管路上設有壓力表和壓力傳感器，水泵調節系統通過信號線分別連接壓力傳感器和水壓泵；復合材料氣瓶呈水平放置，瓶身表面布置了分別通過信號線連接至聲發射檢測系統的六個諧振式傳感器和兩個寬頻傳感器，諧振式傳感器用于檢測100～200kHz頻率范圍的發射源事件，寬頻傳感器用于檢測10～1000kHz頻率范圍的發射源事件；聲發射檢測系統同時采集來自諧振式傳感器和寬頻傳感器的聲發射信號，以及來自壓力傳感器的壓力變化數據；

諧振式傳感器和兩個寬頻傳感器的布置方式為：兩個諧振式傳感器分別布置在兩側封頭頂部，以兩個諧振式傳感器及一個寬頻傳感器為一組沿圓周方向均勻間隔布置在一側的封頭與筒體過渡段處；兩組傳感器之間相互交錯排列，其中任意一個傳感器均與另一側過渡段處的任意兩個傳感器構成三角形陣列，且兩側傳感器之間的任意連線都不與復合材料氣瓶的水平軸線平行。

本發明進一步提供了利用前述裝置的復合材料氣瓶檢驗方法，包括以下步驟：

(1)聲速測量

在不注水不加壓的復合材料氣瓶上進行聲速測量；采用時差計算方法確定復合材料氣瓶表面聲速，記錄各傳感器的間距、平均時差和聲速信息；

(2)衰減特性分析

在不注水不加壓的復合材料氣瓶上進行聲信號衰減特性實驗，確定預先設定的傳感器布置是否合適；具體是：在各傳感器處進行斷鉛試驗，使得最遠的兩個傳感器之間的斷鉛響應頻率應大于80dB；

(3)定位校準