[发明专利]声发射与水压试验相结合的复合材料气瓶检验装置及方法

说明书

本发明涉及复合材料气瓶检验技术，旨在提供一种声发射与水压试验相结合的复合材料气瓶检验装置及方法。该装置包括通过管路连接至复合材料气瓶的水压泵，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压泵；复合材料气瓶呈水平放置，瓶身表面布置了分别通过信号线连接至声发射检测系统的六个谐振式传感器和两个宽频传感器；声发射检测系统同时采集来自谐振式传感器和宽频传感器的声发射信号，以及来自压力传感器的压力变化数据；本发明采用宽频技术的模态式声发射，能将声发射信号波形与声发射的物理过程相联系并能采集较宽的频率范围内的波形信息。能够有效地评定复合材料气瓶的损伤状态，保证气瓶的使用安全性。

技术领域

本发明是关于复合材料气瓶检验技术，特别涉及一种声发射与水压试验相结合的复合材料气瓶检验装置及方法。

背景技术

当前，复合材料气瓶因具有高强度、低密度、高可靠性及安全性等优点广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工等领域，但这也对气瓶的定期检验提出了较大挑战。水压试验能考察压力容器的强度，暴露其存在的缺陷，是压力容器定期检验中的一种重要方法。对于复合材料气瓶，现有标准规定定期检验需采用水压试验，但仅采用水压试验不能反映纤维缠绕层的损伤程度，其检测能力具有较大的局限性。

声发射技术作为一种无损检测方法，能够实现对复合材料的基体开裂、纤维/基体脱粘和纤维断裂等损伤形式的识别和定位，在复合材料层合板无损检测领域已得到了初步应用。目前，基于参数分析技术的谐振式声发射由于使用谐振式传感器而具有很高的灵敏度，但谐振式传感器的响应频率范围较窄，且往往会掩盖声发射源本质的信息。

此外，目前水压试验常规的加载方式是持续加压至水压试验压力，但这种方式来源于水流冲击与摩擦的干扰噪声较大。如果只是简单地将谐振式声发射与现有的水压试验技术结合，会严重影响声发射技术的检测精度。因此，探索一种适合声发射技术的水压试验加载方式和试验方法尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种声发射与水压试验相结合的复合材料气瓶检验装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种声发射与水压试验相结合的复合材料气瓶检验装置，包括通过管路连接至复合材料气瓶的水压泵；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压泵；复合材料气瓶呈水平放置，瓶身表面布置了分别通过信号线连接至声发射检测系统的六个谐振式传感器和两个宽频传感器，谐振式传感器用于检测100～200kHz频率范围的发射源事件，宽频传感器用于检测10～1000kHz频率范围的发射源事件；声发射检测系统同时采集来自谐振式传感器和宽频传感器的声发射信号，以及来自压力传感器的压力变化数据；

谐振式传感器和两个宽频传感器的布置方式为：两个谐振式传感器分别布置在两侧封头顶部，以两个谐振式传感器及一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。

本发明进一步提供了利用前述装置的复合材料气瓶检验方法，包括以下步骤：

(1)声速测量

在不注水不加压的复合材料气瓶上进行声速测量；采用时差计算方法确定复合材料气瓶表面声速，记录各传感器的间距、平均时差和声速信息；

(2)衰减特性分析

在不注水不加压的复合材料气瓶上进行声信号衰减特性实验，确定预先设定的传感器布置是否合适；具体是：在各传感器处进行断铅试验，使得最远的两个传感器之间的断铅响应频率应大于80dB；

(3)定位校准