[发明专利]用于复合材料气瓶疲劳试验的损伤监测装置及方法

权利要求书

1.一种用于复合材料气瓶疲劳试验的损伤监测装置，包括通过管路连接至复合材料气瓶的水泵；其特征在于，在所述管路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泵；复合材料气瓶水平放置，瓶身表面布置8个通过信号线与声发射检测系统相连的宽频传感器，宽频传感器能检测10～1000kHz频率范围的波形信息和模态频率，区分声发射源和噪声源；声发射检测系统还通过信号线连接压力传感器，同时采集来自宽频传感器的声发射信号和来自压力传感器的压力变化数据；该装置还包括一个用于超声扫查的超声C扫描的便携式超声C扫描仪；

所述宽频传感器的布置方式为：在两侧封头顶部各布置一个宽频传感器；以3个宽频传感器为一组沿圆周方向均匀间隔布置在一侧的封头与筒体过渡段处，两组传感器之间相互交错排列，其中任意一个传感器均与另一侧过渡段处的任意两个传感器构成三角形阵列，且两侧传感器之间的任意连线都不与复合材料气瓶的水平轴线平行。

2.利用权利要求1所述装置的复合材料气瓶疲劳试验的损伤监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)声速测量、衰减特性分析及传感器定位校准

在试验前对不注水不加压的复合材料气瓶进行表面声速测量，记录各传感器的间距、平均时差和声速信息；声速测量完成后，依次进行声信号衰减断铅标定试验和传感器定位校准试验，准确定位声发射源；

(2)疲劳试验

根据复合材料气瓶试验标准，在20±5℃条件下对复合材料气瓶开展常温疲劳循环试验：根据气瓶公称工作压力确定疲劳试验循环压力，压力上限不低于1.25倍公称工作压力，疲劳试验循环压力下限为2±1MPa；以加压-泄压-加压的方式进行疲劳循环，循环频率小于等于10次/min，分段记录声发射数据；

(3)分级加载水压试验

在疲劳循环过程中从首次循环加载开始，每隔一定次数的疲劳循环周次后，暂停疲劳测试，进行一次分级加载水压试验；分级加载水压试验以待测气瓶从零压加压至1.5倍公称工作压力的水压试验压力，同时确定分级加载水压试验的曲线；所述分级加载是指在水压试验中以n个包括升压、保压、泄压的阶段性加载方式逐步升压至气瓶水压试验压力；其中，n取5～10，由公称工作压力决定；保压时间至少为4min；泄压是指泄压至前次升压时的最大压力；在整个分级加载过程中全程采集各传感器的声发射信号数据；压力升至水压试验压力并保压后，匀速泄压，结束分级加载水压试验，然后继续进行疲劳试验；

(4)超声C扫描

每隔一定次数的疲劳循环周次后，暂停疲劳循环，采用便携式超声C扫描仪对气瓶全表面进行超声扫查，并对扫查结果进行记录；

(5)数据结果评价

统计疲劳循环试验中的声发射幅值、撞击数的参数，建立声发射信号与疲劳循环周次的关系曲线；根据曲线的变化规律，分析不同疲劳循环周次下的损伤变化情况；

利用声发射事件数进行时差定位分析，实现复合材料气瓶的损伤定位，进而判断出气瓶在该疲劳循环周次下的薄弱位置；对损伤出现位置进行超声C扫描复验，进一步确定损伤状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对保压压力低于水压试验压力三分之一的分级加载阶段不设置泄压阶段。