纤维增强复合材料储氢气瓶检测

引言：常见的储氢压力容器有金属压力容器和复合材料压力容器两种主要类型。其中金属压力容器具有容积大、承载能力强等优点，但重量较重。随着新能源汽车、航空航天设备、能源化工等新装备的发展，行业对轻量化的要求越来越高，因此，轻质高强的碳纤维（玻璃纤维）增强复合材料压力容器（氢气瓶）成为主流生产方向。

碳纤维增强复合材料因其高性能和轻量化得到了大力发展，然而，其改性效果有限，同时由于碳纤维增强复合材料具有各向异性的特点，在受到外力和其他载荷时，复合材料相比各向同性的金属更容易发生变形，使其结构设计具有一定困难。复合材料缠绕层作为氢气瓶的主要承压结构，结构设计及工艺的稳定性将对压力容器的寿命和安全性有很大影响。所以需要对复合材料气瓶进行定期检测。

纤维全缠绕金属材料内衬压力容器

A.纤维筒子架；B. 牵拉系统；C. 张力控制辊；D. 导向辊；E. 带刮刀的胶辊；F. 浸胶槽；G. 浸渍纤维束；H. 横移导轨；I. 丝嘴；J. 旋转芯模或内衬

1.先根据使用场景设计参数并选定材料（内胆、增强纤维、树脂等）；

2.制造内胆（金属内胆经熔炼、成型、热处理等，塑料内胆经注塑 / 吹塑）；

3.对内胆进行纤维缠绕并固化形成增强层；

4.添加保护层并修整外观；

5.安装阀门及安全附件；

6.通过水压、气密性、无损检测等全面质量检测；

7.最后涂装并标注参数信息。

复合材料结构损伤判断准则 - 储氢气瓶 -III-IV-V

模态声发射软件需具有对撞击波形的实时存储与特征提取能力

模态声发射软件需具有自动识别扩展波和弯曲波到达时间的功能。当使用手动识别扩展波及弯曲波时，软件需要有方

便的辅助工具供使用者挑选两种波的到达时间并自动计算出时差 模态声发射软件需具有识别与计算 BE 及 BEO 能量的功能  模态声发射软件需具有计算部分功率谱能量的功能

模态声发射软件需具有计算模态参数 U_FB、U_FBB、U_RBI 的功能

模态声发射软件需包含 5 个评价准则，即

(1). 基于撞击特性的纤维破坏的评估准则

(2). 基于 SEEC 的纤维破坏评估准则

(3). 基于能量衰减率的评估准则

(4). 基于背景噪声能量及振荡背景噪声能量的评估准则

(5). 基于频率特性的评估准则

模态声发射软件需具有根据评估结果辅助出具报告的功能

储氢行业复合材料气瓶的应用场景

部分纤维束断裂时的波形与小波变换频谱

- 高频信号的存在来自于纤维束的断裂

基体开裂时的波形与小波变换频谱

- 低频信号占据主导，缺少高频信号

北京采声-喷水耦合超声设备试验基地

利用一个喷头和一个探头来工作，既发射超声波又接收超声波，根据脉冲反射回波来判断内部是否存在缺陷。如产生孔隙、裂纹、分层、脱粘等缺陷。

喷水超声通过射流水柱与工件耦合，具备配置灵活，检测范围大，可避免工件长时间浸泡等优点，并且能够满足不同尺寸钢制及DOT气瓶的检测和大型曲面工件自动化检测的需求。

复合材料储氢气瓶超声C扫描图像

复合材料储氢气瓶超声3D扫描图像

多维度超声成像

纤维缠绕层是气瓶的关键组成部分，能够承受高压气体的作用力，确保气瓶的安全性能，因此，无损检测评估质量问题是非常重要的流程。