高壓碳纖維復合氣瓶疲勞損傷熱斑跡的探測
| 【摘 要】 通過采用紅外熱像儀對三只工業(yè)用高壓碳纖維復合氣瓶在0～26MPa壓力循環(huán)疲勞全壽命的實時監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)了由于疲勞損傷而產生的熱斑跡。它自始至終保持在整個疲勞打壓過程中。紅外熱圖像表明，這種熱斑跡主要集中在瓶體同封頭的過渡帶和瓶身的若干部位，三只氣瓶的疲勞泄漏位置也正是早期監(jiān)測到的熱斑跡位置。 【關鍵詞 】 高壓碳纖維復合氣瓶 疲勞 熱斑跡 |
1 前言
使用紅外熱像儀對金屬材料的壓力容器熱斑跡已做了研究[1]，本文針對碳纖維復合材料的壓力容器熱斑跡現(xiàn)象做了進一步的實驗研究和探討。
2 實驗
實驗樣品：一只50L和二只90L工業(yè)用高壓碳纖維復合氣瓶（內膽為鋁合金制作），直徑Φ400mm，長度（50L）900mm；（90L）1400mm。
實驗設備：氣瓶疲勞試驗裝置[2]。實驗循環(huán)壓力0~26MPa，施壓周期3~5次/分。
實驗儀器：AGEMA595紅外熱像儀，主要技術參數(shù)為：
（1）室溫下的測溫靈敏度為0.1℃；
（2）探測器類型為320x240像元，焦平面型。
（3）波長范圍：7.5~13μm
（4）視頻輸出制式為VHS或S-VHS
實驗方法：由于復合氣瓶的疲勞破壞不會產生碎片等，故可以放置在地面上進行疲勞打壓循環(huán)，紅外熱像儀使用24°鏡頭，在疲勞循環(huán)過程中可以全景，也可以局部對三只氣瓶進行實時監(jiān)測，圖1為氣瓶現(xiàn)場的實物照片，為避免太陽光等雜散熱源對采集數(shù)據(jù)的影響，采取一定的屏蔽措施，紅外熱圖數(shù)據(jù)經過AGEMATMReport5.4軟包處理，按實際要求獲得不同類型的圖像結果。
3 實驗結果
圖2給出50L高壓碳纖維復合氣瓶的疲勞損傷部位在一個疲勞循環(huán)周期內的紅外熱圖變化，其正常區(qū)域隨著壓力的增加，整個瓶體表面出現(xiàn)溫度下降，即出現(xiàn)紅外冷發(fā)射（IRCE）現(xiàn)象，而疲勞損傷區(qū)域始終保持較高溫度（>1℃）,其熱斑跡分布見黃色或紅色部位，位于50L瓶體的兩端和中間。當壓力循環(huán)至Nf=6923時，50L氣瓶的兩端過渡帶出現(xiàn)泄漏，氣瓶破裂。其泄漏點正好是在原來的熱斑跡處，如圖3所示。
90L復合氣瓶疲勞損傷產生的熱斑跡主要也集中在兩端的過渡帶以及瓶身的若干部位。圖4給出90L高壓碳纖維復合氣瓶上，一個典型紅外熱斑跡的結果，該氣瓶經過N=17797 次疲勞打壓試驗后停止試驗，停留52小時之后繼續(xù)進行疲勞打壓，隨即進行熱成像觀察，發(fā)現(xiàn)熱斑跡始終保持在該位置，它集中在氣瓶底部的過渡段，經過*后的疲勞爆破結果證明了泄漏點位于此處。
4 結論
三只工業(yè)用高壓碳纖維復合氣瓶在疲勞打壓全壽命的考核過程中，采用紅外熱像儀進行實時監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)了由于疲勞損傷而產生的熱斑跡。它自始至終保持在整個疲勞打壓過程中，紅外熱圖像表明，這種熱斑跡主要集中在瓶體的過渡帶和瓶身的若干部位，三只氣瓶的疲勞泄漏位置也正是早期預測的熱斑跡位置。
參 考 文 獻
[1] 黃毅、林雪榮、徐軍。高強度薄壁壓力容器鋼受力過程的紅外熱成像研究。金屬學報，Vol,21 P102,1990.
[2] GB/T 9252-2001“氣瓶疲勞試驗方法”，2001