在IV型聚合物层压力容器的碳/环氧覆盖件中,基于模态分析检测几乎看不到的冲击损伤
Mirosław Bocian1, Mikołaj Kazimierczak1, Barbara Kmiecik1
1Department of Mechanics, Materials and Biomedical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Wroclaw University of Science and Technology, Smoluchowskiego 25, 50-372 Wroclaw, Poland.
Polymers
|November 27, 2025
概括
本研究提出了一种基于振动的方法,用于检测复合材料覆盖压力容器 (COPV) 中几乎看不到的冲击损伤 (BVID). 该技术使用模态分析来识别刚性损失,使得快速的,非压缩的现场评估.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 非破坏性测试 不破坏性测试
背景情况:
- 复合材料覆盖压力容器 (COPV) 在航空航天和能源储存方面至关重要.
- 几乎看不见的撞击损伤 (BVID) 由于潜在的灾难性故障,造成了重大安全风险.
- 目前COPV中BVID的检查方法往往耗时,需要专门的设备.
研究的目的:
- 开发和验证一种基于振动的协议,用于在IV型COPV中检测BVID.
- 建立预测签名,以便对受影响的COPV进行快速,非压缩的现场评估.
- 调查传统的模式保证标准 (MAC) 在识别微妙的结构不对称性方面的局限性.
主要方法:
- 给加压的COPV施加1kJ冲击,然后压缩.
- 使用168点网格进行了免费无试验模式分析.
- 更新了有限元模型,通过降低局部子体内的正极管刚性来模拟损伤.
- 使用辐射位移扫描线来分析模式形状和定位损伤.
主要成果:
- 频率响应函数 (FRF) 在撞击点显示出明显的峰值和较低的连贯性,表明局部刚性损失.
- 更新的有限元模型准确地预测了模态频率 (误差<2%),并显示由于不对称性而导致特定模态对的对角 MAC 值 (0.49-0.88) 降低.
- 射线位移扫描显示了局部的振幅凸起和模式的变化交叉撞击地点,提供空间分辨率.
- 结合的方法将冲击局部化到正确的周长区域,分辨率为厘米尺度.
结论:
- 基于振动的模态分析,包括FRF不对称性,MAC选和扫描线分析,有效地检测和定位COPV中的BVID.
- 该协议为受影响的COPV提供了一个快速的,非压缩的,现场评估方法.
- 单纯的经典MAC对于早期缺陷检测是不够的;补充空间分析至关重要.
相关概念视频
Members Made of Elastoplastic Material
353
The behavior of elastoplastic materials under bending stresses, particularly in structural members with rectangular cross-sections, is crucial for predicting material responses and understanding failure modes. Initially, when a bending moment is applied, the stress distribution across the section follows Hooke's Law and is linear and elastic. This distribution means the stress increases from the neutral axis to the maximum at the outer fibers, up to the elastic limit.
As the bending moment...
As the bending moment...
353
Impact Loading
646
Impact loading occurs when a moving object collides with a stationary structure, such as a rod with a uniform cross-sectional area fixed at one end. Under these conditions, the rod absorbs the kinetic energy from the striking object, leading to deformation and subsequent stress development. As the rod returns to its original position and reaches maximum stress, the absorbed energy, initially manifested as kinetic energy, transforms entirely into strain energy.
In cases of elastic deformation,...
In cases of elastic deformation,...
646


