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高压碳纤维复合气瓶疲劳损伤热斑迹的探测

高压碳纤维复合气瓶疲劳损伤热斑迹的探测

【摘要】 通过采用红外热像仪对三只工业用高压碳纤维复合气瓶在0～26MPa压力循环疲劳全寿命的实时监测过程中，发现了由于疲劳损伤而产生的热斑迹。它自始至终保持在整个疲劳打压过程中。红外热图像表明，这种热斑迹主要集中在瓶体同封头的过渡带和瓶身的若干部位，三只气瓶的疲劳泄漏位置也正是早期监测到的热斑迹位置。

【关键词 】高压碳纤维复合气瓶疲劳热斑迹

1 前言

使用红外热像仪对金属材料的压力容器热斑迹已做了研究[1]，本文针对碳纤维复合材料的压力容器热斑迹现象做了进一步的实验研究和探讨。

2 实验

实验样品：一只50L和二只90L工业用高压碳纤维复合气瓶（内胆为铝合金制作），直径Φ400mm，长度（50L）900mm；（90L）1400mm。

实验设备：气瓶疲劳试验装置[2]。实验循环压力0~26MPa，施压周期3~5次/分。

实验仪器：AGEMA595红外热像仪，主要技术参数为：

（1）室温下的测温灵敏度为0.1℃；

（2）探测器类型为320x240像元，焦平面型。

（3）波长范围：7.5~13μm

（4）视频输出制式为VHS或S-VHS

实验方法：由于复合气瓶的疲劳破坏不会产生碎片等，故可以放置在地面上进行疲劳打压循环，红外热像仪使用24°镜头，在疲劳循环过程中可以全景，也可以局部对三只气瓶进行实时监测，图1为气瓶现场的实物照片，为避免太阳光等杂散热源对采集数据的影响，采取一定的屏蔽措施，红外热图数据经过AGEMA^TMReport5.4软包处理，按实际要求获得不同类型的图像结果。

3 实验结果

图2给出50L高压碳纤维复合气瓶的疲劳损伤部位在一个疲劳循环周期内的红外热图变化，其正常区域随着压力的增加，整个瓶体表面出现温度下降，即出现红外冷发射（IRCE）现象，而疲劳损伤区域始终保持较高温度（>1℃）,其热斑迹分布见黄色或红色部位，位于50L瓶体的两端和中间。当压力循环至Nf=6923时，50L气瓶的两端过渡带出现泄漏，气瓶破裂。其泄漏点正好是在原来的热斑迹处，如图3所示。

90L复合气瓶疲劳损伤产生的热斑迹主要也集中在两端的过渡带以及瓶身的若干部位。图4给出90L高压碳纤维复合气瓶上，一个典型红外热斑迹的结果，该气瓶经过N=17797 次疲劳打压试验后停止试验，停留52小时之后继续进行疲劳打压，随即进行热成像观察，发现热斑迹始终保持在该位置，它集中在气瓶底部的过渡段，经过*后的疲劳爆破结果证明了泄漏点位于此处。

4 结论

三只工业用高压碳纤维复合气瓶在疲劳打压全寿命的考核过程中，采用红外热像仪进行实时监测。发现了由于疲劳损伤而产生的热斑迹。它自始至终保持在整个疲劳打压过程中，红外热图像表明，这种热斑迹主要集中在瓶体的过渡带和瓶身的若干部位，三只气瓶的疲劳泄漏位置也正是早期预测的热斑迹位置。

参考文献

[1] 黄毅、林雪荣、徐军。高强度薄壁压力容器钢受力过程的红外热成像研究。金属学报，Vol,21 P102,1990.

[2] GB/T 9252-2001“气瓶疲劳试验方法”，2001

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