本发明专利技术提供一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统和方法。本发明专利技术的复合材料损伤检测系统，将声发射检测系统与应变测量系统连接起来，核心为应变监测系统，并采用声发射特征信号与有无损伤应变比这一特征值相结合的评定方法，对复合材料压力容器的缺陷进行检测探伤，该方法将声发射信号与复合材料本征性能和加载过程中的应力、应变和变形特性结合起来，揭示复合材料的损伤程度和破坏机理，预测容器的寿命。
A Damage Detection System and Method for Composite Pressure Vessels
【技术实现步骤摘要】
一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统与方法
本专利技术属于压力容器无损检测
，包含声发射无损检测技术和应变测量之电测法，具体地说，是一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统与方法。
技术介绍
声发射检测技术，原理是声发射源产生的弹性振动以应力波的形式传播一段距离后，到达材料(或构件)的表面，引起材料的表面位移，声发射传感器将材料表面位移的机械振动转化为电信号，声发射传感器将材料表面的机械振动转换成电信号，经前置放大器放大、滤波器滤波、主放大器再放大后，由数据采集卡进行采集，送入声发射检测仪进行分析和处理；应变测量之电测法技术，是将形变量，通过应变片或应变花感受下来并转换成电量，然后通过电阻应变仪进行测量的一种实验方法。在实际的工程应用中，复合材料压力容器产品的检测依然采用手电筒照射来探伤，当容器发生泄漏时，依然按照金属压力容器的损伤检测方法如声发射来进行无损损伤检测，但是由于复合材料压力容器的损伤机制和损伤扩展机制比各向同性材料要复杂得多，声波在复合材料中的声波传播速度也会随着纤维的缠绕方向发生变化，从宏观损伤破坏模式看可以分为：基体开裂、纤维断裂、界面开裂以及分层。各种损伤模式可能单独发生，也可能结合在一起发生，单靠某一种检测技术往往不可能检验出所有的缺陷，也不能准确测量缺陷损伤的位置，更加不能准确预测压力容器的寿命，也缺乏相应的检测标准提供参考，仍然需要大量的声发射试验，对声发射信号进行甄别筛选，判断不同失效模式下的声发射信号特征。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统与方法，将声发射检测系统与应变测量系统连接起来，核心为应变监测系统，并采用声发射特征信号与有无损伤应变比这一特征值相结合的评定方法，对复合材料压力容器的缺陷进行检测探伤，该方法将声发射信号与复合材料本征性能和加载过程中的应力、应变和变形特性结合起来，揭示复合材料的损伤程度和破坏机理，预测容器的寿命本专利技术的技术方案如下：一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，所述系统包括复合材料压力容器1，所述复合材料压力容器通过管路连接打压水泵2，所述复合材料压力容器上设有压力表和压力传感器9；所述复合材料压力容器外表面布置了声发射检测系统的传感器3和双向应变花4；所述声发射检测系统的传感器3通过信号线依次连接声发射检测仪5、声发射检测计算机6和压力传感器9；双向应变花4通过信号线依次连接静态电阻应变仪7、含有配套软件的计算机8和压力传感器9；所述声发射检测仪5采集来自声发射检测系统的传感器3的声发射信号和来自压力传感器9的压力变化，静态应变仪7则采集应变信号。进一步，所述复合材料压力容器外表面布置了3个为一组的声发射检测系统的传感器3。进一步，所述复合材料压力容器外表面布置了声发射检测系统的传感器3根据损伤待检区域范围确定传感器的位置和数量，如不知损伤范围，可以布置多组传感器，根据声速及接受声信号的时间，判断损伤的大概位置。根据本专利技术所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，将声发射检测系统与电测法应变测量系统结合，用声发射检测系统确定损伤范围，在此范围内的双向应变花来确定损伤的模式及程度，双向应变花4为多个，要贴在圆周范围的圆心、曲线周长上，非损伤范围处也要贴应变花，每个位置最少贴3个，可根据压力容器的大小做相应改变。最主要的目的是多点测量求平均值，确保数据的准确性。根据本专利技术所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，水泵打压系统，包括一台充水泵，水管和充水打压阀门，在充水之前，先打开压力容器的排气阀，通过水管连接将压力容器充满水，然后关掉排气阀，继续充水的过程称作打压，通过信号线分别连接压力传感器和计算机，可以采集并记录压力容器中压力的变化数据，当压力达到一定值时，停止打压。本专利技术还提供一种复合材料压力容器的损伤检测方法，其应用上述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，包括如下步骤：①声速的测量：复合材料压力容器在各个方向上的声速不同，测量该复合材料压力容器在不同方向上声波的速度，AB连线为纤维缠绕方向，∠CAB＝15°，∠DAC＝15°依此类推，∠GAF＝15°，由A位置传感器发射的脉冲信号，在复合材料筒体上传播一定距离后，由B、C、D、E、F、G分别接收，记录信号到达的时间△T1，△T2，△T3，△T4，△T5，△T6，经过简单计算就可以获得声波在复合材料AB,AC,AD,AE,AF,AG方向的传播速度V1＝DAB/△T1,V2＝DAC/△T2等；②用打压水泵对压力容器进行加载，计算出缺陷的位置，进行下一步；③损伤范围定位法：先按照已有的时差定位法，大概定位损伤的位置，并以此为圆心，传感器的直径为半径，作为疑似有损伤位置范围，此步骤应多次布置传感器位置，找到每个缺陷的位置；④有无损伤应变比的测量：在损伤范围内贴应变片，用静态应变仪连接计算机获取应变随载荷及时间变化曲线，并得到有无损伤应变比；⑤损伤程度评估：经过以上测量获得的应变比，与数据库中的应变比做对比，属于哪个范围，就可以判断该压力容器的损伤程度，以及预测复合材料压力容器的数量。进一步，步骤(1)中如想知道除以上之外每个方向的声速，可采用曲线拟合的方法求解声速与角度的曲线公式，以便接下来定位使用。进一步，步骤(4)中一般选用箔式应变片，采用502胶粘贴在范围内，至少贴3个应变片，同时在无损伤处同一方向至少贴3个应变片。专利技术详述：目前对纤维增强复合材料压力容器损伤检测的研究大多停留在获得特定复合材料体系的各失效模式的声发射信号参数，而很少将声发射信号与该体系的力学环境和力学响应产生关联。因此，需要将声发射损伤检测方法与电测法结合起来，先通过声发射检测区域定位损伤存在的位置范围，在该范围内用电测法测量该位置的应变，通过损伤处的应变随时间、压力的变化规律与无损处的应变变化规律做对比，找到各种损伤模式下不同损伤程度的“有无损伤应变比”的对应范围，并结合声发射信号的幅值、能量、撞击数、累计数随压力和时间的变化进行分析，从而可以利用不同应变比及应变率的变化情况区分纤维增强复合材料的损伤类型及程度，以便评估压力容器的损伤程度及寿命。该检测系统将声发射检测系统与应变测量系统连接起来，形成本专利技术的复合材料损伤检测系统，并采用声发射特征信号与有无损伤应变比这一特征值相结合的评定方法，对复合材料压力容器的缺陷进行检测探伤，该方法将声发射信号与复合材料本征性能和加载过程中的应力、应变和变形特性结合起来，揭示复合材料的损伤程度和破坏机理，预测容器的寿命。一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统与方法：(1)检测系统装置介绍复合材料压力容器的损伤检测技术系统装置如图1所示，该系统包含了通过管路连接至复合材料压力容器的水压泵，压力容器上设有压力表和压力传感器，水泵调节系统通过信号线分别连接压力传感器和水压泵；复合材料压力容器表面布置了声发射检测系统的三个传感器(根据损伤待检区域范围确定传感器的位置和数量)，和多个双向应变花(分别在损伤位置范围内和无损伤位置处)；声发射检测仪采集来自传感器的声发射信号和来自压力传感器的压力变化，静态应变仪则采集应变信号；本专利技术采用声发射与应变结合的方法，能够有效地评定复合材料压力容器的损伤状态。在工程应用中，声发射源未知本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，所述系统包括复合材料压力容器(1)，所述复合材料压力容器通过管路连接打压水泵(2)，所述复合材料压力容器上设有压力表和压力传感器(9)；所述复合材料压力容器外表面布置了声发射检测系统的传感器(3)和双向应变花(4)；所述声发射检测系统的传感器(3)通过信号线依次连接声发射检测仪(5)、声发射检测计算机(6)和压力传感器(9)；双向应变花(4)通过信号线依次连接静态电阻应变仪(7)、含有配套软件的计算机(8)和压力传感器(9)；所述声发射检测仪(5)采集来自声发射检测系统的传感器(3)的声发射信号和来自压力传感器(9)的压力变化，静态应变仪(7)则采集应变信号。
【技术特征摘要】
1.一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，所述系统包括复合材料压力容器(1)，所述复合材料压力容器通过管路连接打压水泵(2)，所述复合材料压力容器上设有压力表和压力传感器(9)；所述复合材料压力容器外表面布置了声发射检测系统的传感器(3)和双向应变花(4)；所述声发射检测系统的传感器(3)通过信号线依次连接声发射检测仪(5)、声发射检测计算机(6)和压力传感器(9)；双向应变花(4)通过信号线依次连接静态电阻应变仪(7)、含有配套软件的计算机(8)和压力传感器(9)；所述声发射检测仪(5)采集来自声发射检测系统的传感器(3)的声发射信号和来自压力传感器(9)的压力变化，静态应变仪(7)则采集应变信号。2.根据权利要求1所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，所述复合材料压力容器外表面布置了3个为一组的声发射检测系统的传感器(3)。3.根据权利要求1所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，所述复合材料压力容器外表面布置了声发射检测系统的传感器(3)根据损伤待检区域范围确定传感器的位置和数量，如不知损伤范围，可以布置多组传感器，根据声速及接受声信号的时间，判断损伤的大概位置。4.根据权利要求1所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，将声发射检测系统与电测法应变测量系统结合，用声发射检测系统确定损伤范围，在此范围内的双向应变花来确定损伤的模式及程度，双向应变花(4)为多个，要贴在圆周范围的圆心、曲线周长上，非损伤范围处也要贴应变花，每个位置最少贴3个，可根据压力容器的大小做相应改变。最主要的目的是多点测量求平均值，确保数据的准确性。5.根据权利要求1所述一种复合材料压力容器的损伤检测装置系统，其特征在于，水泵打压系统，包括一台充水泵，水管和充水打压阀门，在充水之前，先打开压力容器的排气阀，通过水管连接将压力容器充满水，然后关掉排气...
【专利技术属性】
技术研发人员：柏慧，惠虎，杨斌，杨宇清，蔚道祥，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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