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1、技术综述纤维缠绕复合材料压力容器健康监测研究进展赵海涛,张博明,武湛君,王殿富,戴福洪(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:阐述了纤维缠绕复合材料压力容器健康监测传感器的特点和原理,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作中的固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监测、损伤监测、爆破压力监测、泄漏监测进行了介绍和比较。最后,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作进行了展望,并提出了几点建议。关键词:复合材料压力容器;光纤光栅传感器;智能夹层;SOFO传感器;健康监测中图分类号:TQ05113;TQ05011文献标识码:A文章编号:1001-48
2、37(2007)03-0048-06DevelopmentofHealthMonitoringforFilamentWoundCompositePressureVesselsZHAOHai-tao,ZHANGBo-ming,WUZhan-jun,WANGDian-fu,DAIFu-hong(CentreforCompositeMaterials&Structures,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thecharacteristicandworkingprinciplesofthesenso
3、rsusedinhealthmonitoringforfilamentwoundcompositepressurevesselareelaborated.Introductionsandcomparisonsweregivenforcureprocess,environ2ment,pressureandstrain,damage,burstpressureandhydrogenleakageofthestructuralhealthmonitoringforfilamentwoundcompositepressurevessels.Thedevelopmentprosp
4、ectsofthefuturesensorsusedinhealthmon2itoringforfilamentwoundcompositepressurevesselsarepresented,somesuggestionwasputforward.Keywords:compositepressurevessels;fibergratingsensor;SMARTlayer;SOFOsensor;healthmonitoring纤维缠绕复合材料结构广泛地应用于工业的实时、动态、在线的特点。健康监测可以始于制造期各个领域,例如,汽车用的压缩天然气气瓶、石油管间,止于结构
5、的报废,能够实现结构的全寿命监测。[1,2]道、火箭的发动机外壳、液体燃料储箱等。复合采用健康监测技术可以保证结构的安全性和可靠材料虽然有重量轻的优点,但是容易受到冲击损伤,性,避免发生灾难性故障,保障使用人员的生命安存在着众多的损伤机理。为了保证结构的安全使全,降低维护成本。用,需要检查制造、运输和储藏等各个环节发生的意复合材料压力容器健康监测起源于航天上可重外损伤。目前广泛采用的传统无损检测技术,如C复使用的储箱。过去航天燃料储箱均为一次性使[3～9]扫描、超声波、X射线、磁涡流、红外热像法等,用,其成本居高不下。为了降低生产和维护成本,把都是离线、静态、被动的材料
6、及结构损伤检测,而结结构健康监测技术应用到可重复使用储箱上,在重构健康监测系统的提出,改变了结构及材料安全监复使用过程中进行全寿命监测,保证其安全服役。测的思路。它利用粘贴在结构表面或预埋在结构内例如,1998年,美国洛马航空公司在X-33可部的传感器监测外部环境或自身状态的变化,具有重复使用低温储箱上粘贴了FBG(光纤光栅)传感网·48·第24卷第3期压力容器总第172期[10]络,提出分布式健康监测的概念,最大限度地减同优点:少连接线用量,降低结构重量,使健康监测技术更加(1)体积小,重量轻,对结构强度的影响小;适合于航空航天领域。(2)适合于粘贴在结构表面或者埋入
7、到结构中;目前,复合材料压力容器健康监测内容主要有:(3)抗干扰能力强,耐久性好;固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监(4)易于实现分布式测量,减少连接导线用量。测、损伤监测、爆破压力监测、液体燃料泄漏监测等。压电类传感器当前主要是指智能夹层(SMART2针对上述内容,本文系统地介绍了纤维缠绕复Layer),是采用印刷电路方法制造的带有分布式排合材料压力容器制造和使用期间采用的健康监测技列压电元件的柔性层。压电元件采用压电陶瓷术,通过比较分析,对未来健康监测传感技术的使用PZT,不仅是传感器,还是激励器,能进行主动监测。和纤维缠绕
