一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置及方法，属于裂缝检测领域。是根据Rizkalla气体泄漏方程建立，由承压壳体壁的微小贯穿裂缝的气体泄漏率反演裂缝尺度，可敏感反映待测区域是否发生贯穿开裂。该装置包括泄漏响应组件、密闭罩、降压装置、气压检测组件、摄影记录组件、处理组件、显示组件。使用时，泄漏响应组件的开口端贴合待测区域，密闭罩将若干个泄漏响应组件包围在内，降低密闭罩内气压；通过泄漏响应组件和气压检测组件上定位点的位置变化反映弹性膜的变形，据此分别推算待测区域的气体泄漏率和密闭罩内气压；结合从摄影记录组件记录的裂纹图像中提取的裂纹长度，代入分析模型得到壳壁待测区域裂缝的综合尺度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置及方法
本专利技术属于裂缝检测领域，具体涉及一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置及方法。
技术介绍
在工程结构分析中，受损结构的开裂状况评估有着重要意义，通常以壳体壁的开裂表征壳体结构的功能性破坏，特别是受损壳体壁的贯穿裂缝，会导致密闭壳体内气体的加速泄漏，引发安全事故。试验研究表明，完好无损伤壳体的气体密闭性是良好的，而发生损伤、破坏的壳壁给气体泄漏提供了通道，泄漏率有时可快速提升40倍以上，但仍多属于低速泄漏状态。承压壳体壁的开裂面一般不是平直的，而且开裂面的前缘也往往不严格沿着结构表面的法线方向，裂缝的开度与深度难以直接量取，也不易判断裂纹是否已经贯穿壳壁。当前已有一些裂缝的检测技术，仍主要是直接检测法，如对直接采集的裂纹图像或通过CT、超声信号获取的图像作特征提取，量取裂纹尺寸；还有破坏性的间接检测法，如对大开裂的墙体，将黏土挤压至缝隙中成形，通过测量黏土的宽度间接得到裂缝开度。在工程中，除了需要明确已有裂缝的形态之外，也很关注微裂缝的发展直至贯通的过程，尤其是裂纹发生贯通的时刻，这对工程预警有着重要作用，对此还缺乏简易有效的监测手段。承压壳体壁的气体泄漏率可作为裂缝的发展与贯穿的敏感的间接指标。本专利技术根据微小贯穿裂缝的泄漏率测定，反演壳体壁的开裂程度，可敏感反映目标区域是否发生贯穿开裂，据此建立有效的数学模型估算受损壳体壁裂缝的综合开度。为了测裂缝的气体泄漏率，本专利技术提出了一种通过泄漏气流引起的弹性膜变形间接推算泄漏率的方法。本专利技术将传统的壳壁内侧加压模式改为外侧的局部降压模式，使得对大型壳体结构的检测更易操作，且避免了加压过程对壳体的再次破坏。为此，针对局部开裂问题，建立的一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置及方法，有效丰富了这一领域的快速监测技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置及方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本专利技术的技术方案：一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置，包括泄漏响应组件1、密闭罩2、降压装置3、气压检测组件4、摄影记录组件5、处理组件6和显示组件7；所述的密闭罩2用于提供密闭的检测环境；所述的降压装置3设置在密闭罩2的侧面，用于降低密闭罩2内的气压；气压检测组件4设置在密闭罩2的侧面，用于检测密闭罩2内的气压，包括圆筒、距离感应器43和弹性膜B41；圆筒的筒壁与密闭罩2密封连接，弹性膜B41设于圆筒内端，距离感应器43设于圆筒外端，弹性膜B41上设有定位点B42；所述的泄漏响应组件1设于密闭罩2内，包括圆筒和弹性膜A12，用于通过弹性膜A12的形状变化反映待测区域的气体泄漏率；弹性膜A12设置于圆筒的内端，圆筒的外端开口，圆筒的筒壁上开设泄压孔14，弹性膜A12的外表面设有若干定位点A13；所述的摄影记录组件5设于密闭罩2的顶面，镜头正对泄漏响应组件1圆筒内端的中心位置，用于记录待测区域内的裂纹图像和定位点A13的位置，安装时可利用定位点A13校正摄影记录组件5的位置。处理组件6分别与气压检测组件4、摄影记录组件5、显示组件7连接，用于信息的接收、存储、处理及显示，计算裂缝尺度。所述的降压装置3两端贯通，包括圆筒和活塞31，圆筒的筒壁与密闭罩2密封连接。泄漏响应组件1、密闭罩2均通过密封圈与壳体壁贴合密封，密封圈为弹性材质。所述的密闭罩2顶面为透明的，所述的弹性膜A12是透明的。一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测方法，步骤如下：步骤一、将泄漏响应组件1的开口端贴合于待测区域；若待测区域存在贯穿开裂面，泄漏气流会引起弹性膜A12变形；步骤二、将密闭罩2的开口端贴合于壳体壁，将若干个泄漏响应组件1包围在内；将摄影记录组件5设于泄漏响应组件1的正上方，记录弹性膜A12上定位点A13的位置变化，并记录待测区域内的裂纹图像；步骤三、摄影记录组件5、距离感应器43均与处理组件6连接，传输记录的信息；通过降压装置3降低密闭罩2内的气压；步骤四、通过气压检测组件4中弹性膜B41的变形量推算密闭罩2内的气压变化；若密闭罩2的覆盖区域有贯穿开裂面，密闭罩2内的气压会随着气体的泄漏而回升，当气压回升至设定值时，处理组件6记录泄漏响应组件1上对应的弹性膜A12变形量，推算相应的气体泄漏率，根据记录的两组数据由公式(3)计算待测区域的裂缝开度w；若泄漏响应组件1上的弹性膜A12始终不发生明显的变形，则认为检测区域内的开裂面未贯穿；w＝2.4801×10-4×(2-logBA)-4.1152(3)其中，P11、P21为第一次的壳壁内外侧气压；P12、P22为第二次的壳壁内外侧气压；Q1、Q2为两种不同气压状况下裂缝的泄漏率；步骤五、利用裂纹图像处理技术，从摄影记录组件5记录的待测区域裂纹图像中，获取裂纹长度，将裂纹长度l、公式(3)算得的裂缝开度w以及在一种气压条件下的待测区域的内外侧气压值与相应的泄漏率代入方程(1)，直接计算出裂缝的深度t：其中，n＝0.133w-0.243,k＝2.907×107w1.284；μ表示气体动力粘度；R表示理想气体常数；T表示环境的绝对温度；P1、P2表示壳壁开裂处的两侧气压；Q表示裂缝的气体泄漏率；l、w和t分别表示裂缝的长度、开度和深度；根据裂缝的深度和壳壁的厚度的关系，进一步估算开裂面的倾角；步骤六、将处理组件6的计算结果输出在显示组件7上。公式(3)是根据待测区域的气压-泄漏率的关系计算所述的裂缝开度，计算公式根据Rizkalla裂缝气体泄漏方程推导得到；理论上，通过壳壁的两侧气压及裂缝泄漏率的一次测量值，可由公式(1)反演裂缝的开度w，但是该计算为迭代过程，计算效率不高，而且裂缝的气体泄漏会导致密闭罩内气压的回升，难以测得稳定的压差-泄漏关系。因此，本专利技术对计算方法作如下改进：如果改变壳壁的内外侧气压，分别测出两种不同气压状况下裂缝的泄漏率为Q1、Q2，同时记录气压值，将得到的两组数据代入方程(1)，联立方程为其中，P11、P21为第一次的壳壁内外侧气压；P12、P22为第二次的壳壁内外侧气压。将式(2.1)和式(2.2)相除，消去相等项，整理方程可得裂缝开度为w＝2.4801×10-4×(2-logBA)-4.1152(3)其中，需要说明的是，在该泄漏模型中将裂缝当作等宽裂缝处理，虽然与实际中裂缝的不均匀延伸有一定差距，但估算得到的裂缝尺度能在一定程度上客观描述贯穿开裂面的发展情况。本专利技术的有益效果：可敏感反映壳体壁的目标区域是否发生贯穿开裂，并测得目标区域的贯穿裂缝尺度。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置，其特征在于，包括泄漏响应组件(1)、密闭罩(2)、降压装置(3)、气压检测组件(4)、摄影记录组件(5)、处理组件(6)和显示组件(7)；/n所述的密闭罩(2)用于提供密闭的检测环境；所述的降压装置(3)设置在密闭罩(2)的侧面，用于降低密闭罩(2)内的气压；气压检测组件(4)设置在密闭罩(2)的侧面，用于检测密闭罩(2)内的气压，包括圆筒、距离感应器(43)和弹性膜B(41)；圆筒的筒壁与密闭罩(2)密封连接，弹性膜B(41)设于圆筒内端，距离感应器(43)设于圆筒外端，弹性膜B(41)上设有定位点B(42)；所述的泄漏响应组件(1)设于密闭罩(2)内，包括圆筒和弹性膜A(12)，用于通过弹性膜A(12)的形状变化反映待测区域内的气体泄漏率；弹性膜A(12)设置于圆筒的内端，圆筒的外端开口，圆筒的筒壁上开设泄压孔(14)，弹性膜A(12)的外表面设有若干定位点A(13)；/n所述的摄影记录组件(5)设于密闭罩(2)的顶面，镜头正对泄漏响应组件(1)圆筒内端的中心位置，用于记录待测区域内的裂纹图像和定位点A(13)位置；/n处理组件(6)分别与气压检测组件(4)、摄影记录组件(5)、显示组件(7)连接，用于信息的接收、存储、处理及显示，计算裂缝尺度。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于气体泄漏率测定的承压壳体壁裂缝尺度的检测装置，其特征在于，包括泄漏响应组件(1)、密闭罩(2)、降压装置(3)、气压检测组件(4)、摄影记录组件(5)、处理组件(6)和显示组件(7)；
所述的密闭罩(2)用于提供密闭的检测环境；所述的降压装置(3)设置在密闭罩(2)的侧面，用于降低密闭罩(2)内的气压；气压检测组件(4)设置在密闭罩(2)的侧面，用于检测密闭罩(2)内的气压，包括圆筒、距离感应器(43)和弹性膜B(41)；圆筒的筒壁与密闭罩(2)密封连接，弹性膜B(41)设于圆筒内端，距离感应器(43)设于圆筒外端，弹性膜B(41)上设有定位点B(42)；所述的泄漏响应组件(1)设于密闭罩(2)内，包括圆筒和弹性膜A(12)，用于通过弹性膜A(12)的形状变化反映待测区域内的气体泄漏率；弹性膜A(12)设置于圆筒的内端，圆筒的外端开口，圆筒的筒壁上开设泄压孔(14)，弹性膜A(12)的外表面设有若干定位点A(13)；
所述的摄影记录组件(5)设于密闭罩(2)的顶面，镜头正对泄漏响应组件(1)圆筒内端的中心位置，用于记录待测区域内的裂纹图像和定位点A(13)位置；
处理组件(6)分别与气压检测组件(4)、摄影记录组件(5)、显示组件(7)连接，用于信息的接收、存储、处理及显示，计算裂缝尺度。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的降压装置(3)两端贯通，包括圆筒和活塞(31)，圆筒的筒壁与密闭罩(2)密封连接。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，泄漏响应组件(1)、密闭罩(2)均通过密封圈与壳体壁贴合密封，密封圈为弹性材质。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述的密闭罩(2)顶面为透明的，所述的弹性膜A(12)是透明的。
5.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述的密闭罩(2)顶面为透明的，所述的弹性膜A(12)是透明的。
6.采用权利要求1-5任一所述的检测装置的检测方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡哲文，李建波，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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