纤维增强复合压力容器的超声损伤检测系统

Depending on the increasing application of filament-wound composite pressure vessel in industries, it is getting great urgency of advanced techniques and equipments for inner damage testing of filament-wound composite pressure vessels. However, there are no any effective non-destractive testing equipments to multilayer composite pressure vessels by now. To the internal defects of filament-wound composite pressure vessels, which are caused by the manufacture and in-service operation processes or by other factors, we aim to develop an ultrasonic C-Scan non-destractive testing system. This system is based on the ultrasonic detection method and applies the wavelet transform for data processing, to carry out the identification, location and evaluation of internal delamination, debonding, crack, corrosion defects in composite pressure vessels. Therefore in order to produce a new detection system for full field damage detation of composite pressure vessel, we should improve the detection precision to high level by using an optimal signal processing method, should design a novel immerging ultrasonic detection method , and should program a systematic and effective software of control and analysis. Finally, the study of this project not only can provide a technical supports for damage detation of composite pressure vessels in astronautic, aeronautic, and petrochemical industries, but also can improve the development of non-destractive testing technique.

随着纤维增强的多层复合压力容器在工业领域中的不断推广应用，对其内部损伤检测技术与设备的需求也越来越迫切。然而，目前国内外都还没有专门的多层复合压力容器的损伤检测仪器。针对纤维增强复合压力容器由于生产工艺、在役使用等多方面因素引起的内部损伤，本项目拟研制超声损伤探测的C-Scan诊断系统。以超声检测方法为基础，采用小波信号处理技术，实现复合压力容器内部分层、脱粘、裂纹、腐蚀等损伤的识别和位置、程度的诊断。在样机研制过程中，将发展提高损伤检测精度的信号分析处理技术，设计新型的水浸式探头的应用方式，开发系统、高效的控制与分析软件，实现多层复合压力容器的全场损伤探测。该项目的研究将为航空航天、石油化工等领域的复合压力容器损伤探测提供技术支持，并将推动无损检测技术的发展。

厚壁复合管状结构，例如碳纤维缠绕复合材料压力容器，以其轻质、高强、耐磨损、抗疲劳等优异性能被广泛应用于航空航天、航海、核电、炼油石化等工业领域。然而，厚壁复合管状结构在制造成型过程与服役过程中往往不可避免地会产生各种缺陷和损伤，并严重地威胁着工程结构的安全。因此，发展高效、精准、可靠的厚壁复合管状结构的无损检测技术及其检测系统迫在眉睫。由于复合材料具有各向异性、非均质的材料性质，复合结构又具有多层次的材料特征，导致厚壁复合管状结构内部缺陷形式极其复杂，现行的检测技术难以满足检测需求。.本项目基于超声波检测方法，首先对超声波信号分析处理技术进行了研究，确定了采用连续小波变换进行超声波信号处理与损伤定量识别的方法，能够对多层复合厚壁内部孔隙、杂质、分层、脱粘、腐蚀减薄等缺陷进行定位及量化。此外，为了满足损伤尺寸测试的精度要求，分析了超声探头扫描间隔与损伤测试精度的关系。在此基础上，我们设计研制了多通道超声波激励和接收系统，通过LabVIEW编制的控制系统软件，可实现多测点信号的输出与采集控制，最终实现整个结构的C-Scan超声测试。我们利用Matlab软件编制小波变换算法和损伤识别程序，并完成与LabVIEW程序的接口，实现数据的采集、记录、分析处理及结果显示的一体化。同时，我们还开发了接触式水浸探头的固定装置，便于实现在役结构的快速自动化检测。通过对预制损伤的标准试样和实际工程构件的实验测试，实现了缺陷状况的全场C-Scan检测与显示，满足了工程需求。本项目的研究将为航空航天、石油化工等领域的复合压力容器损伤探测提供技术支持，并将推动无损检测技术的发展。