塑料内胆材料高压氢渗透实验装置研究

介绍自主研制的中国首套99 MPa氢渗透测试装置,解决氢气高压密封、微量氢渗透精准测量等关键技术难题,可实现工作压力0.1~99 MPa、温度-40~85℃下的非金属材料氢渗透测试,获得塑料内胆氢渗透系数。基于该装置,分别开展环境参数为(87.5 MPa,15℃),(80.5 MPa,55℃),(70 MPa,85℃)和(70 MPa,-40℃)下的材料氢渗透实验,验证该装置的可靠性。

含缠绕层缺陷大容积缠绕气瓶安全性能与评定研究

为研究缠绕层体积性缺陷及线性缺陷对大容积缠绕气瓶安全性能影响,通过对带有不同尺寸缠绕缺陷的大容积缠绕气瓶进行疲劳试验、爆破试验,并采用有限元分析等方法研究了不同尺寸的缠绕层缺陷对内胆应力状态、缠绕层应力状态影响。通过有限元分析,对于面积为250 mm×250 mm,深度为3 mm的体积性缺陷,内胆应力几乎未变,缠绕层应力增加38.9%,经历11000次疲劳试验,未发生变化。在爆破试验中,对于含面积为250 mm×250 mm缠绕层缺陷的大容积缠绕气瓶,当缺陷深度分别为3 mm时,爆破压力下降9.9%,略低于设计爆破压力,仍满足安全使用要求,当缺陷深度为6 mm时,爆破压力大幅下降20.9%。研究结果表明,对于轴向长度不超过250 mm,深度不超过3 mm的缠绕层缺陷,大容积气瓶安全性能仍满足使用要求,如缺陷深度超过3 mm,可评定为Ⅲ级。

超高压爆破片设计爆破压力的半经验计算公式

针对超高压正拱型爆破片提出设计爆破压力的半经验计算公式,开展超高压爆破片预拱变形后非均匀减薄壁厚的测量试验,借助试验数据对爆破片变形后非均匀减薄壁厚的理论计算公式进行修正,同时,为进一步简化半经验公式及过程,选取不同材料、爆破压力和挠曲高度的试验数据,建立爆破片挠曲高度和材料应变硬化指数之间的关联关系,对设计爆破压力半经验公式化繁为简,利用试验方法,对爆破片的爆破压力进行试验验证,试验结果与理论计算结果吻合较好,其误差分别为3.72%和6.59%,对实际工程应用具有指导意义。

液氢管道在线检测技术分析

液氢管道在液氢输送、储存、加注等环节发挥着不可替代的作用,管道运行期间,定期检验是保障其安全使用的必要手段。鉴于其内外管全封闭结构的特殊性,液氢管道唯有采用在线检测。依据在役液氢管道的失效和损伤模式分析,梳理了液氢管道的在线检测技术。对目前常用在线检测技术的适用性进行分析后发现,射线数字成像检测技术(DR)是液氢管道内管焊缝检测的最优选择。开展含缺陷内管的双层管试件DR检测试验,证明液氢管道DR在线检测技术具有可行性和有效性。

超声波组合检测在钢制大容积无缝气瓶定期检验中的运用

分析大容积气瓶的结构特点及定期检验过程中发现的缺陷案例;介绍了现行定期检验中瓶体直段及瓶口部位超声波检测的应用及案例;通过计算声场覆盖范围,采用相控阵、超声波衍射时差法(TOFD)对瓶肩(瓶颈)过渡段进行分区检测,并结合专用探头、试块进行工艺验证,实现自动化超声波检测在大容积无缝气瓶定期检验的全面积覆盖.

基于编码压缩的纤维缠绕气瓶贴附式电磁超声检测方法研究

针对电磁超声换能器(EMAT)在纤维缠绕储氢气瓶在线监测中回波信噪比低、洛伦兹力机制失效等问题,提出了基于编码压缩的贴附式电磁超声水平剪切(SH)导波检测方法,通过有限元建模分析了Barker编码序列位数和码元载波周期、chirp信号脉宽和带宽、组合Barker码的组合方式对脉冲压缩信号的信噪比和分辨率的影响,并进行了实验验证,最后开展了纤维缠绕储氢气瓶中长20 mm、宽0.5 mm、深2 mm裂纹检测实验。结果表明,采用金属贴膜方式能有效解决EMAT在非金属材料中难以检测的难题;增加Barker码的序列位数和载波周期、增大chirp脉宽以及减小chirp带宽、增加组合Barker码的序列长度均可以提高脉压信号信噪比;经优化设计后,相较于传统Tone-burst激励方式,脉冲压缩技术可以将缺陷波信噪比至少提高20.4 dB,在不同编码算法中,chirp信号激励下的信噪比最高,达到了23.9 dB,采用3×13位组合Barker码时,脉压信号的主瓣宽度为28.8μs,分辨率最高,但信噪比较低。

车载Ⅳ型储氢气瓶塑料内胆材料氢渗透特性研究

氢气渗透特性是车载Ⅳ型储氢气瓶内胆选材的关键技术指标之一。本文结合气-固渗透理论对车载Ⅳ型储氢气瓶内胆材料氢渗透特性内在发生机理和影响因素进行了探究,并简要介绍了塑料内胆氢渗透测试方法以及国内外在高压氢渗透领域的研究成果,指出国内在高压氢渗透测试方法和装置方面的研究存在不足,建议在材料、装置、方法等方面开展研究,通过制定合理可行的测试方法和评价指标,以期实现内胆材料选材和测试的标准化,更好地推动车载储氢装备以及氢燃料电池汽车技术进步。

碳纤维增强树脂基复合材料气瓶电磁超声在线监测方法及失效机制

氢能具有来源广泛、清洁无碳等优点,随着氢能源的广泛应用,氢能储运逐渐成为研究热点。目前,国家大力发展的碳纤维增强树脂基复合材料气瓶已被广泛应用于氢能储运领域,然而气瓶在使用和运输过程中,容易出现纤维断裂、划伤,严重影响使用安全,故亟需发展碳纤维增强树脂基复合材料气瓶在线监测技术。针对复合材料气瓶的纤维断裂、划伤缺陷在长期、多次充放气过程中发生扩展的问题,采用电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)在线监测方法,并结合90TJ3-140 MPa水压疲劳系统,分别采用超声导波反射式和透射式方法,分析了纤维损伤对导波幅值的影响,并研究了含纤维损伤的气瓶在不同疲劳状态下的导波信号特征的变化规律。结果表明:纤维损伤会降低透射波幅值,且幅值减少量由纤维损伤程度决定;随着气瓶内压的增加,超声导波的声速和中心频率逐渐减小;长20 mm、宽0.5 mm和深1 mm的裂纹对应的缺陷波幅值呈先增大后减小的趋势,经过110 MPa、80次循环后,缺陷波幅值由19.33 mV减小至8.02 mV,声速减小了6.6%,中心频率从0.24 MHz减小至0.17 MHz,纤维完全分层;针对长20 mm、宽0.5 mm和深0.5 mm的裂纹,当气瓶内压由0 MPa增加至105 MPa时,直达波幅值由80.17 mV减小至20.08 mV,降低了75%;采用的电磁超声技术能够很好地解决碳纤维增强树脂基复合材料气瓶在线监测技术难题。