基于超聲導(dǎo)波的壓力容器健康監(jiān)測研究的第三部分,主要考察所研究的健康監(jiān)測技術(shù)在纖維纏繞壓力容器損傷定位中的應(yīng)用。開展纖維纏繞壓力容器的疲勞和打壓爆破試驗,設(shè)計遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)以實時獲取不同工況中纖維纏繞壓力容器損傷定位結(jié)果。在打壓和疲勞試驗過程中,采集壓力容器在不同狀態(tài)中的導(dǎo)波信號,并分別測量金屬內(nèi)膽和復(fù)合材料層的應(yīng)變變化,建立導(dǎo)波幅值與壓力容器疲勞狀態(tài)和受壓狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)。開展纖維纏繞壓力容器在打壓爆破過程中的損傷定位,研究疲勞對損傷定位精度的影響規(guī)律。結(jié)果表明,在疲勞試驗中,應(yīng)變片能夠連續(xù)記錄并反映壓力容器的應(yīng)變狀態(tài),但疲勞周期隨殘余應(yīng)變的變化趨勢不明顯,而導(dǎo)波幅值隨疲勞周次的增加而線性下降;對經(jīng)過5 700周疲勞和未經(jīng)過疲勞的纖維纏繞壓力容器,導(dǎo)波幅值隨著其內(nèi)部壓力的增加而線性下降,而應(yīng)變值隨著壓力的增加線性增加,二者的對應(yīng)關(guān)系可用于判定纖維纏繞壓力容器的受壓狀態(tài);利用所研發(fā)的在線監(jiān)測系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程獲取纖維纏繞壓力容器損傷位置信息,5700周的疲勞在很大程度上影響定位精度,而未經(jīng)疲勞試驗的壓力容器的損傷定位誤差較小。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

經(jīng)5 700周疲勞的纖維纏繞壓力容器在打壓0～30MPa時S0和A0導(dǎo)波幅值、應(yīng)變隨壓力的變化圖

采用在線監(jiān)測系統(tǒng)及遠(yuǎn)程用戶端監(jiān)測纖維纏繞壓力容器狀態(tài)并遠(yuǎn)程實時傳輸定位結(jié)果。在線監(jiān)測系統(tǒng)除包含本研究第一部分所述的硬件和本文用到的改進橢圓定位算法外，還包含相應(yīng)的輔助軟件。輔助軟件主要由信號流程控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程在線通訊系統(tǒng)組成。圖2a給出了基于LabVIEW編制的導(dǎo)波信號流程控制面板，該面板的主要功能是控制導(dǎo)波信號按照定位算法需求全自動的激發(fā)和保存。面板上半部分為矩陣開關(guān)控制參數(shù)選項卡，包括傳感器配置數(shù)量、傳感器對的連通時間及信號采集模式。面板下半部分為導(dǎo)波信號采集與保存參數(shù)設(shè)置選項卡，包括示波器地址確定、文件類型選擇、波形長度區(qū)間設(shè)置等。根據(jù)定位算法的需求，設(shè)置了全冒泡法和半冒泡法兩種傳感器陣列掃查模式。全冒泡法是指壓電片采集信號時，所有的壓電片既作為激發(fā)器又作為接收器，按照一定順序采集一次；半冒泡法指采集信號時，前一片壓電片作為激發(fā)器激發(fā)信號，后面的壓電片接收信號，而后前一片壓電片不再作為激發(fā)器或者接收器使用。具體描述如下：假設(shè)傳感器陣列包含N片PZT傳感器，全冒泡法掃查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分別與其余PZT連通，因此一次全掃查共得N(N-1)組導(dǎo)波信號；半冒泡法掃查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分別與其后的PZT連通，每次掃查共得N(N-1)/2組導(dǎo)波信號。本文采用全冒泡法采集導(dǎo)波數(shù)據(jù)以滿足改進橢圓定位算法的需求。分別利用LabVIEW和E4A語言編寫了計算機和移動的遠(yuǎn)程用戶端，以實時傳輸纖維纏繞壓力容器在線監(jiān)測結(jié)果，遠(yuǎn)程用戶端界面如圖2b和2c所示。在線監(jiān)測過程中，損傷定位結(jié)果通過計算機端軟件即時傳送到云端服務(wù)器中，再以服務(wù)器為中轉(zhuǎn)站，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程在線通信系統(tǒng)。2 結(jié)果與討論

圖4給出了纖維纏繞壓力容器在第5 100～5 700周打壓疲勞過程中金屬內(nèi)膽和復(fù)合材料層上的應(yīng)變變化圖。從圖中可以看出，金屬內(nèi)膽上最小和最大周向應(yīng)變的分別為20和240，而金屬內(nèi)膽上軸向應(yīng)變在120～993之間波動。復(fù)合材料層的周向和軸向應(yīng)變分別在-505～-115及74～1 165之間波動。圖3 纖維纏繞壓力容器在第2 100～2 400周打壓疲勞過程中不同位置的應(yīng)變-疲勞時間關(guān)系圖

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3034739