[发明专利]基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法

说明书

本发明涉及复合材料气瓶损伤检测领域，旨在提供一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法。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；声发射检测系统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；通过本发明能够获得复合材料气瓶爆破过程中的声发射幅值、能量信号参数随着压力的变化趋势，从而可以分析不同压力下以声发射信号频率区分的纤维断裂和基体开裂的变化情况，以便有效评估气瓶的损伤状态。

技术领域

本发明是关于复合材料气瓶损伤检测领域，特别涉及一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法。

背景技术

碳纤维复合材料气瓶是新能源汽车的重要零部件，具有轻质高强、抗疲劳和耐腐蚀性能好等特点。发展、推广新能源汽车面临的一大难题是车用气瓶的损伤检验，一旦气瓶爆炸，往往严重危及人们的生命安全。因此，为了对气瓶定期进行损伤检验，首先需要探究复合材料气瓶爆破过程中的损伤模式和损伤特征。

目前，声发射技术在复合材料层合板无损检测领域应用日益拓宽，但在复合材料气瓶损伤检测方面正处于初步探索阶段。水压爆破是目前判断复合材料强度的重要试验手段，在复合材料气瓶水压爆破过程中，基体开裂和纤维断裂等损伤逐渐累积，所以复合材料气瓶爆破是一个渐进失效的过程。而声发射技术可以有效监测气瓶损伤过程，但在水压爆破过程中水流充放的噪音和振动对声发射的信号产生影响，且气瓶爆破可能对传感器和前置放大器等声发射装置造成毁坏。如何建立基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破加载方式、采集方式等试验方法，评估复合材料气瓶纤维和基体损伤的严重程度，探明能反映复合材料气瓶损伤模式和损伤特征的重要参数，对在役气瓶的损伤监测具有重要支撑作用。

因此，为了研究复合材料气瓶爆破过程中的声发射信号特征，有效评估气瓶的损伤状态，提供一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破在线监测方法尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

提供一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置，包括通过管路连接至复合材料气瓶的水泵；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，有效区分声发射源和噪声源；声发射检测系统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；

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。

本发明进一步提供了利用前述装置的基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测方法，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

开始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；

(2)水压爆破试验

将待测复合材料气瓶注满水，然后零压加压至2.25倍公称工作压力作为最小爆破压力，同时确定水压爆破试验中分级加载的曲线；