Page 125 - 无损检测2024年第八期
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胡 昆，等：
复合材料气瓶缠绕层的内部缺陷检测
图 4 缠绕层分层缺陷的工业 CT 灰度图
表3 声发射、红外、CT三种方法的对比分析结果
检测方法 分析类型 精确性 检测成本 检测时间 局限性
声发射检测方法 定性 低 较高 短 不能定位缺陷位置，仍需要其他检测方法复检。
不能分辨缺陷类型，定量检测的准确性取决于
红外热成像检测方法 定性、定量 一般 低 短
缺陷数据样本量。
工业CT方法 定性、定量 高 高 长 成本高、耗时长，对人员专业性、安全性提出了要求。
陷定位与评估结果。LAINÉ等 [31] 、MUNZKE等 [32] 析，但很难实现定量分析且不能定位缺陷位置。红
采用声发射检测方法与光学检测方法相结合的方 外热成像检测方法可实现内部缺陷的定性与定量检
式，监测4型储氢气瓶的水压爆破试验与疲劳试验 测，但无法分辨缺陷类型，定量检测的准确性取决于
过程，结果表明通过应变信号、声发射信号可以准确 缺陷数据的样本量。工业CT方法可实现内部缺陷
地识别出缺陷及其位置。TAPEINOS等 [33] 基于声 的定性、定量检测，检测精度高，但检测成本高，耗
发射检测方法、数字图像相关法、光纤布拉格光栅法 时长，对人员的专业性、安全性均有一定要求。
相结合的方式，研究了不同环境条件下4型多球形 （3） 在检出效果上，工业CT方法最优，其次是
气瓶的力学性能与失效行为。 红外热成像检测方法。结合气瓶定期检验过程，考虑
针对碳纤维缠绕层内部缺陷，采用红外热成像 检测成本与时间，可采用红外热成像检测方法与工业
检测方法与工业CT方法相结合的检测方式， 更有利 CT方法相结合的检测方式。该结论可为复合材料气
于节约检测时间与提高检测效率。在气瓶干燥阶段 瓶缠绕层的无损检测方案制定提供一定参考。
可先采用红外热成像检测方法，确定是否存在内部
参考文献：
缺陷及缺陷位置，初步分析缺陷形状、大小、深度。
对确定位置的内部缺陷则可采用工业CT方法进行 [1] 张国晋. 纤维缠绕气瓶压力过载及冲击损伤行为研
分析，从而获得更精确的缺陷信息。 究[D]. 大连：大连理工大学，2014．
[2] WU Q G，CHEN X D，FAN Z C，et al．Experimental
4 结论
and numerical studies of impact on filament-wound
分析了复合材料气瓶的内部缺陷及其影响，对 composite cylinder[J]. Acta Mechanica Solida Sinica，
比了三种内部缺陷的检测方法，得出以下结论。 2017，30（5）：540-549．
[3] 赵兵，徐维普，李前，等. 跌落冲击对储氢气瓶疲劳寿
（1）缠绕层可能出现的内部缺陷类型有夹杂、
命影响的试验研究[J]. 农业装备与车辆工程，2019，57
空隙、基体开裂、纤维/基体脱黏、 分层、纤维断裂等。
（7）：47-49．
内部缺陷的存在可导致气瓶耐压性能、耐疲劳性能
[4] 廖斌斌. 受低速冲击的碳纤维全缠绕复合材料气瓶剩
的显著下降。当前研究尚未建立复合材料气瓶性能 余强度研究[D]. 杭州：浙江大学，2019．
与缠绕层内部缺陷的定量关系，建议进一步开展缠 [5] 魏雪. Ⅳ型储氢气瓶结构设计及冲击损伤研究[D]. 大
绕层内部缺陷对气瓶性能影响机理的研究。 庆：东北石油大学，2022．
（2）声发射检测方法可实现内部缺陷的定性分 [6] 高兆江，骆辉，刘永久，等. 含缠绕层缺陷大容积缠绕
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测
