基于超声导波的压力容器健康监测Ⅲ：纤维缠绕压力容器的在线监测
发布时间：2021-02-15 11:11
基于超声导波的压力容器健康监测研究的第三部分,主要考察所研究的健康监测技术在纤维缠绕压力容器损伤定位中的应用。开展纤维缠绕压力容器的疲劳和打压爆破试验,设计远程在线监测系统以实时获取不同工况中纤维缠绕压力容器损伤定位结果。在打压和疲劳试验过程中,采集压力容器在不同状态中的导波信号,并分别测量金属内胆和复合材料层的应变变化,建立导波幅值与压力容器疲劳状态和受压状态之间的关联。开展纤维缠绕压力容器在打压爆破过程中的损伤定位,研究疲劳对损伤定位精度的影响规律。结果表明,在疲劳试验中,应变片能够连续记录并反映压力容器的应变状态,但疲劳周期随残余应变的变化趋势不明显,而导波幅值随疲劳周次的增加而线性下降;对经过5 700周疲劳和未经过疲劳的纤维缠绕压力容器,导波幅值随着其内部压力的增加而线性下降,而应变值随着压力的增加线性增加,二者的对应关系可用于判定纤维缠绕压力容器的受压状态;利用所研发的在线监测系统可以远程获取纤维缠绕压力容器损伤位置信息,5700周的疲劳在很大程度上影响定位精度,而未经疲劳试验的压力容器的损伤定位误差较小。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
经5 700周疲劳的纤维缠绕压力容器在打压0～30MPa时S0和A0导波幅值、应变随压力的变化图
采用在线监测系统及远程用户端监测纤维缠绕压力容器状态并远程实时传输定位结果。在线监测系统除包含本研究第一部分所述的硬件和本文用到的改进椭圆定位算法外，还包含相应的辅助软件。辅助软件主要由信号流程控制系统和远程在线通讯系统组成。图2a给出了基于LabVIEW编制的导波信号流程控制面板，该面板的主要功能是控制导波信号按照定位算法需求全自动的激发和保存。面板上半部分为矩阵开关控制参数选项卡，包括传感器配置数量、传感器对的连通时间及信号采集模式。面板下半部分为导波信号采集与保存参数设置选项卡，包括示波器地址确定、文件类型选择、波形长度区间设置等。根据定位算法的需求，设置了全冒泡法和半冒泡法两种传感器阵列扫查模式。全冒泡法是指压电片采集信号时，所有的压电片既作为激发器又作为接收器，按照一定顺序采集一次；半冒泡法指采集信号时，前一片压电片作为激发器激发信号，后面的压电片接收信号，而后前一片压电片不再作为激发器或者接收器使用。具体描述如下：假设传感器阵列包含N片PZT传感器，全冒泡法扫查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分别与其余PZT连通，因此一次全扫查共得N(N-1)组导波信号；半冒泡法扫查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分别与其后的PZT连通，每次扫查共得N(N-1)/2组导波信号。本文采用全冒泡法采集导波数据以满足改进椭圆定位算法的需求。分别利用LabVIEW和E4A语言编写了计算机和移动的远程用户端，以实时传输纤维缠绕压力容器在线监测结果，远程用户端界面如图2b和2c所示。在线监测过程中，损伤定位结果通过计算机端软件即时传送到云端服务器中，再以服务器为中转站，将数据传输到远程在线通信系统。2 结果与讨论
图4给出了纤维缠绕压力容器在第5 100～5 700周打压疲劳过程中金属内胆和复合材料层上的应变变化图。从图中可以看出，金属内胆上最小和最大周向应变的分别为20和240，而金属内胆上轴向应变在120～993之间波动。复合材料层的周向和轴向应变分别在-505～-115及74～1 165之间波动。图3 纤维缠绕压力容器在第2 100～2 400周打压疲劳过程中不同位置的应变-疲劳时间关系图
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力容器氢损伤的监测与检测方法[J]. 李丽菲,沈功田,王芳,李晓苇. 压力容器. 2006(12)
[2]电力机车受电弓离线检测技术的现状及展望[J]. 刘浩,王黎,高晓蓉. 机车车辆工艺. 2004(06)
[3]我国油气管道运输的发展概况[J]. 臧铁军,臧天红. 油气储运. 1997(07)
本文编号：3034739
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
经5 700周疲劳的纤维缠绕压力容器在打压0～30MPa时S0和A0导波幅值、应变随压力的变化图
采用在线监测系统及远程用户端监测纤维缠绕压力容器状态并远程实时传输定位结果。在线监测系统除包含本研究第一部分所述的硬件和本文用到的改进椭圆定位算法外，还包含相应的辅助软件。辅助软件主要由信号流程控制系统和远程在线通讯系统组成。图2a给出了基于LabVIEW编制的导波信号流程控制面板，该面板的主要功能是控制导波信号按照定位算法需求全自动的激发和保存。面板上半部分为矩阵开关控制参数选项卡，包括传感器配置数量、传感器对的连通时间及信号采集模式。面板下半部分为导波信号采集与保存参数设置选项卡，包括示波器地址确定、文件类型选择、波形长度区间设置等。根据定位算法的需求，设置了全冒泡法和半冒泡法两种传感器阵列扫查模式。全冒泡法是指压电片采集信号时，所有的压电片既作为激发器又作为接收器，按照一定顺序采集一次；半冒泡法指采集信号时，前一片压电片作为激发器激发信号，后面的压电片接收信号，而后前一片压电片不再作为激发器或者接收器使用。具体描述如下：假设传感器阵列包含N片PZT传感器，全冒泡法扫查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分别与其余PZT连通，因此一次全扫查共得N(N-1)组导波信号；半冒泡法扫查模式中第i(i=1～N-1)片PZT分别与其后的PZT连通，每次扫查共得N(N-1)/2组导波信号。本文采用全冒泡法采集导波数据以满足改进椭圆定位算法的需求。分别利用LabVIEW和E4A语言编写了计算机和移动的远程用户端，以实时传输纤维缠绕压力容器在线监测结果，远程用户端界面如图2b和2c所示。在线监测过程中，损伤定位结果通过计算机端软件即时传送到云端服务器中，再以服务器为中转站，将数据传输到远程在线通信系统。2 结果与讨论
图4给出了纤维缠绕压力容器在第5 100～5 700周打压疲劳过程中金属内胆和复合材料层上的应变变化图。从图中可以看出，金属内胆上最小和最大周向应变的分别为20和240，而金属内胆上轴向应变在120～993之间波动。复合材料层的周向和轴向应变分别在-505～-115及74～1 165之间波动。图3 纤维缠绕压力容器在第2 100～2 400周打压疲劳过程中不同位置的应变-疲劳时间关系图
【参考文献】：
期刊论文
[1]压力容器氢损伤的监测与检测方法[J]. 李丽菲,沈功田,王芳,李晓苇. 压力容器. 2006(12)
[2]电力机车受电弓离线检测技术的现状及展望[J]. 刘浩,王黎,高晓蓉. 机车车辆工艺. 2004(06)
[3]我国油气管道运输的发展概况[J]. 臧铁军,臧天红. 油气储运. 1997(07)
本文编号：3034739
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