[发明专利]一种高压复合材料气瓶应力过载的预警检测方法

说明书

本发明属于高压复合材料气瓶安全评估技术领域，具体涉及一种高压复合材料气瓶应力过载的预警检测方法，包括如下步骤：步骤一：通过纤维缠绕工艺，建立气瓶的有限元模型，通过有限元分析确定极限压强下气瓶应变较大的位置和方向；步骤二：根据应变值选择单向碳纤维和单向玻璃纤维预浸料片材，利用热压罐成型工艺，制作单向碳纤/玻纤混杂复合板；步骤三：将单向碳纤/玻纤混杂复合板粘贴于复合材料拉伸试样表面，对试样进行拉伸试验，实时监测混杂层合板中碳纤维层的损伤演化，获得单向碳纤/玻纤混杂复合板中碳纤维层失效的极限应变值，筛选出试验获得的极限应变值与有限元分析得到的气瓶应变值相匹配的单向碳纤/玻纤混杂复合板材料。

技术领域

本发明属于高压复合材料气瓶安全评估技术领域，具体涉及一种高压复合材料气瓶应力过载的预警检测方法。

背景技术

与传统的钢制耐压气瓶相比，高压复合材料气瓶具有重量轻、压力容限高、耐腐蚀、成本低等优点，在航空航天、医疗卫生、化工等工程领域内应用发展较快。尤其作为氢燃料新能源汽车的储氢关键部件，高压复合材料气瓶得到了广泛的应用。

高压复合材料气瓶在服役期间的安全性和可靠性对于整个装置和人员安全都非常重要。高压复合材料气瓶由于在制造过程中形成的局部缺陷或者在使用过程中产生的局部疲劳损伤，可能会在这些局部产生较大应变，如果气瓶持续在高压状态下工作，其危险性会大大的增加。

目前对高压复合材料气瓶的局部应变监测主要有应变片和光纤光栅传感器，由于其应用成本和操作简便性等原因，这些方式任然处于实验阶段，还没有大量应用于实际工作中。高压复合材料气瓶在爆破前变形很大，有缺陷的局部应变更大。根据研究文献报道，埋入复合材料气瓶的光纤光栅传感器由于变形过大，光纤提前发生断裂，很难监测到气瓶爆破压力。如果能够简便的提前监测到气瓶的应力过载发生，会使高压复合材料气瓶的服役更加安全可靠，促进其能够得到更广泛的工程应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术不足，提供了一种高压复合材料气瓶应力过载的预警检测方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高压复合材料气瓶应力过载的预警检测方法，包括如下步骤：步骤一：通过纤维缠绕工艺，建立气瓶的有限元模型，通过有限元分析确定极限压强下气瓶应变较大的位置和方向；

步骤二：根据应变值选择单向碳纤维和单向玻璃纤维预浸料片材，利用热压罐成型工艺，制作单向碳纤/玻纤混杂复合板；

步骤三：将单向碳纤/玻纤混杂复合板粘贴于复合材料拉伸试样表面，对试样进行拉伸试验，实时监测混杂层合板中碳纤维层的损伤演化，获得单向碳纤/玻纤混杂复合板中碳纤维层失效的极限应变值，筛选出试验获得的极限应变值与有限元分析得到的气瓶应变值相匹配的单向碳纤/玻纤混杂复合板材料；

步骤四：将单向碳纤/玻纤混杂复合板和应变片粘贴于气瓶表面的待测位置，对气瓶进行连续加载破坏试验，实时监测单向碳纤/玻纤混杂复合板中碳纤维层的损伤演化，记录应变仪的实时应变值，验证并筛选单向碳纤/玻纤混杂复合板；

步骤五：将筛选的适合气瓶不同部位极限应变值的单向碳纤/玻纤混杂复合板片材分别粘贴于气瓶表面的待测位置，通过单向碳纤/玻纤混杂复合板片材中的碳纤维层损伤状况判断气瓶的安全水平，对气瓶应力过载进行提前预警；

作为优选，所述步骤二中，根据应变值选择单向碳纤维是指单向碳纤维断裂应变值与对应的气瓶不同部位的极限应变值相匹配。

作为优选，单向玻璃纤维预浸料片材为透明树脂。

作为优选，所述步骤三中复合材料拉伸试样取自气瓶的纤维复合材料层或气瓶外层的复合材料层。

作为优选，所述步骤三中复合材料拉伸试样还可以使用由同高压复合材料气瓶外层的复合材料层中纤维和树脂一样的材料制作而成。